×
09.09.2018
218.016.8527

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СНИЖЕНИЯ КАРБОНАТНОЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭТОГО

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Настоящее изобретение относится к технической области очищения жидкости, а именно к возможности очистки природной или водопроводной воды от солей жесткости, что приводит к умягчению воды, кроме этого изобретение направлено на дополнительное очищение от вредных и нерастворимых примесей, таких как тяжелые металлы, взвешенные частицы и другие. Описан способ снижения карбонатной жесткости воды, включающий в себя обработку воды постоянным электрическим током с осаждением в катодном пространстве карбонатов кальция и магния, удаляемых периодической промывкой в дренаж, и одновременным транспортом ионов кальция и магния под действием электрического поля из анодного в катодное пространство и подкислением отфильтрованной воды в анодном пространстве, в котором катодное и анодное пространство разделены пористой перегородкой, изготовленной из микропористого материала, полученного методом блочной полимеризации резорцина с формальдегидом. Также описано устройство для снижения карбонатной жесткости воды. Технический результат: предложен способ снижения карбонатной жесткости воды, позволяющий обеспечить очистку природной или водопроводной воды в фильтрующем устройстве. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Настоящее изобретение относится к технической области очищения жидкости, а именно к возможности очистки природной или водопроводной воды от солей жесткости, что приводит к умягчению воды, кроме этого изобретение направлено на дополнительное очищение от вредных и не растворимых примесей, таких как тяжелые металлы, взвешенные частицы и другие.

Известно, что природная или водопроводная вода с большим содержанием солей (гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов) называется жесткой, с малым содержанием - мягкой.

В воде родников и колодцев всегда присутствуют соли щелочноземельных металлов в той или иной степени. Их источники - отложения в почве известняков, доломитов, гипса. Жесткость воды в природе подвержена изменениям в течение года: она увеличивается при испарении в жару и уменьшается весной и осенью. Талые и дождевые воды очень мягкие. В колодцах и артезианских скважинах концентрация солей постоянна, если они правильно изготовлены и изолированы от верхних стоков.

Есть несколько признаков, которые помогут это понять:

Ткани после стирки становятся жесткими на ощупь. На поверхности белья остаются продукты взаимодействия жирных кислот мыла и солей Са и Mg (белые разводы).

Моющие средства образуют мало пены, появляются хлопья, требуется большее количество мыла или порошка для стирки. Ионы кальция и магния реагируют с мыльными веществами, образуя устойчивые соли, чем снижают моющую способность средств.

Стенки чайника зарастают накипью. Выпавший осадок и есть карбонатные соли.

Краны постепенно покрываются налетом после испарения водопроводной воды с поверхности.

После умывания возникает ощущение стянутости и сухости кожи лица, растворяется защитная жировая пленка.

При умывании мягкой водой создается впечатление, что мыло не смывается, но это не так. Мягкой водой не смывается естественная защита кожи, что для нее очень полезно.

Различают несколько видов жесткости:

Временную (карбонатную) жесткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСO3)2; Mg(HCO3)2:

Постоянную (некарбонатную) жесткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, СаСl2, MgSO4, MgCl2).

Различают несколько вариантов умягчения воды, один из них электродиализ. Основан он на удаление из воды солей под действием электрического поля.

Из предшествующего уровня техники известен один из способов уменьшения карбонатной жесткости циркуляционной воды оборотных схем охлаждения (авторское свидетельство СССР №132132А от 20.09.1960) направленный на повышение эффективности процесса, упрощения и удешевления его. Способ осуществляется за счет пропускания постоянного электрического тока через циркуляционную воду, при плотности его, отвечающей катодному процессу, протекающему с кислородной деполяризацией, причем на катоде происходит осаждение карбоната кальция и гидрата окиси магния вследствие нейтрализации бикарбонатного аниона ионами гидроксила, образующихся в катодном пространстве за счет ассимиляции электронов кислородом, находящихся в циркуляционной воде. Недостатками работы данного способа является:

- быстрое покрытие катода слоем осадка солей жесткости, после чего его нужно заменять или каким-то образом удалять осадок, из-за чего данная система уменьшения жесткости воды может работать только на оборотной воде.

- отсутствие разделения катодного и анодного пространства, так что часть обрабатываемой воды не подвергается очищению, соответственно показатель эффективности уменьшения жесткости воды снижается.

Так же известен еще один способ, направленный на регенерацию композиционного адсорбционного углеродного материала от адсорбированных веществ (патент №2171139 от 05.01.2000 г.). Работа способа заключается в заполнении слоя адсорбента раствором электролита с последующим пропусканием электрического тока. Причем при заполнении слоя адсорбента раствором электролита, удельная объемная электропроводность композиционного адсорбционного углеродного материала отличается от удельной объемной электропроводности электролита не более чем на порядок, а электрический ток пропускают с удельной плотностью не менее 0,01 ампер на грамм композиционного адсорбционного углеродного материала. Такой способ позволяет достичь высокой степени регенерации от органических, как полярных, так и неполярных, веществ и ионов тяжелых металлов.

Недостатком работы данного способа является разделение работы на две фазы: адсорбция из раствора и регенерация адсорбента под действием электрического тока, что приводит к малой эффективности очистки в отношении солей жесткости и соответственно к умягчению жесткости воды.

Так же известен еще один способ, направленный на уменьшение жесткости воды (патент №2137721 от 16.07.1998 г.), и обеспечивает повышение эффективности очистки воды от солей жесткости. Работа способа осуществляется следующим образом: в аппарате, имеющем в верхней части водослив для отвода обработанной воды, а в нижней части входной патрубок с защитой от наносов и сбросной клапан, размещены цилиндры круглого или другого геометрического сечения, которые служат катодом, а размещенный по оси каждого цилиндра анод выполнен в виде перфорированных трубок. Наружная поверхность анодов может быть покрыта диэлектрической краской, между катодом и анодом могут быть установлены проницаемые для ионов перегородки в виде цилиндрических или расширяющихся кверху усеченных конусов, а над отверстиями перфорированных анодов могут быть выполнены отгибы или козырьки, направляющие выделяющиеся на аноде газы внутрь трубок.

Недостатком работы заявленного способа является разделение работы на две фазы: адсорбция из раствора и регенерация адсорбента под действием электрического тока, что приводит к малой эффективности очистки в отношении солей жесткости и соответственно к умягчению жесткости воды.

По своим техническим характеристикам наиболее близкое к заявляемому является способ уменьшения жесткости воды (прототип по патенту №2148026 от 16.07.1998) направленный на снижение жесткости воды, предотвращение образования накипи на поверхностях теплообменников, бактерицидной обработки воды за счет выделения на катоде активного хлора. Процесс работы проводится в электролизере, рабочая поверхность которого служит катодом, а анод расположен коаксиально внутри электролизера по всей его длине. Водяной поток пропускают в ламинарном режиме вдоль оси электролизера и при достижении определенной толщины слоя осадка на катоде подают импульс тока, превышающего ток ионизации кислорода, достаточный для бурного выделения на катоде водорода, при этом направление движения водного потока изменяют на противоположное. Ионизацию кислорода катализируют за счет использования материалов с высоким перенапряжением выделения водорода, а водный поток перед обработкой электрическим током аэрируют.

Недостатками работы данного способа являются:

- отсутствие разделения катодного и анодного пространства, так что часть обрабатываемой воды может не подвергаться очистки;

- возможность попадания частиц осадка в очищенную воду.

Задачей заявляемого технического решения является разработка способа снижения карбонатной жесткости воды и устройство для этого, позволяющие обеспечить очистку природной или водопроводной воды от карбонатной жесткости, в фильтрующем устройстве.

Дополнительные задачи изобретения заключаются в обеспечении очищенной воды лучшими органолептическими показателями и отсутствием осадков и налета при кипячении во время использования фильтрующего устройства.

Технический результат способа снижения карбонатной жесткости воды, включающий в себя обработку воды постоянным электрическим током с осаждением в катодном пространстве карбонатов кальция и магния, удаляемых периодической промывкой в дренаж и одновременным транспортом ионов кальция и магния под действием электрического поля из анодного в катодное пространство и подкислением отфильтрованной воды в анодном пространстве, достигается за тем, что катодное и анодное пространство разделены пористой перегородкой, изготовленной из материала, обладающего способностью к адсорбции ионов кальция и магния.

Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, включающий в себя обработку воды постоянным электрическим током с осаждением в катодном пространстве карбонатов кальция и магния, удаляемых периодической промывкой в дренаж и одновременным транспортом ионов кальция и магния под действием электрического поля из анодного в катодное пространство и подкислением отфильтрованной воды в анодном пространстве, при этом, что катодное и анодное пространство разделены пористой перегородкой, изготовленной из микропористый материал, полученного методом блочной полимеризации резорцина с формальдегидом.

Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором, фильтрация воды осуществляется через пористую перегородку из катодного в анодное пространство.

Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором обработка воды электрическим током осуществляется в промежутках между циклами фильтрации.

Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором обработка воды электрическим током осуществляется непосредственно в процессе фильтрации.

Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором может использовать микропористый материал, изготовленный из керамического материала.

Технический результат устройства для снижения карбонатной жесткости воды включающее в себя анод и катод, заключается в том, что фильтрующее устройство состоит из корпуса с крышкой, внутри которых помещены два цилиндрических электрода - внешний анод и внутренний катод, причем электроды разделены проницаемой фильтрующей перегородкой, изготовленной из пористого материала.

Возможен вариант развития устройства для снижения карбонатной жесткости воды включающее в себя анод и катод, в котором фильтрующее устройство состоит из корпуса с крышкой, внутри которых помещены два цилиндрических электрода - внешний анод и внутренний катод, причем электроды разделены проницаемой фильтрующей перегородкой, изготовленной из пористого материала, обладающего способностью к адсорбции ионов кальция и магния.

Возможен вариант развития устройства для снижения карбонатной жесткости воды, в котором перегородка может быть изготовлена из микропористого материала, полученного методом блочной полимеризации резорцина с формальдегидом.

Для более полного раскрытия сущности заявляемого технического решения на чертеже показано фильтрующее устройство.

Фильтрующее устройство состоит из цилиндрических электродов - внешнего анода поз.1 и внутреннего катода поз. 2, причем электроды разделены проницаемой фильтрующей перегородкой, изготовленной из микропористого материала, полученного методом блочной полимеризации резорцина с формальдегидом. Поз. 3 - стакан фильтра, поз. 4 - фильтрующий картридж, поз. 5 - дренажный сброс, поз. 6 - крышка фильтра, поз. 7 - выход фильтрата, поз. 8 вход потока воды, поз. 9 - отверстие сброса газов.

Поток фильтруемой воды в фильтрующем устройстве имеет радиальное направление от катода (поз. 2) к аноду (поз. 1), см. чертеж.

При этом обработка воды электрическим током осуществляется как в промежутках между циклами фильтрации, так и непосредственно в процессе фильтрации.

Между внешним анодом (поз. 1) и внутренним катодом (поз. 2), находится проницаемая фильтрующая перегородка, которая может быть изготовлена из несколько видов материалов:

- микропористый материал, полученный методом блочной полимеризации резорцина с формальдегидом;

- микропористый материал, изготовленный из керамического материала;

- пористый материал, изготовленный из керамического материала;

пористый материал, изготовленный из прессованного мелкофракционного активированного угля;

- пористый материал, содержащий моноблочный материал из активированного угля;

- пористый материал, содержащий гранулы ионообменной смолы;

- пористый материал, содержащий дробленый цеолит.

В составе микропористого материала, находятся ионообменные группы, которые могут улавливать катионы кальция и магния по ионообменному механизму. Попутно данный материал улавливает катионы тяжелых металлов. Внутри фильтрующего устройства находится картридж из прессованного мелкофракционного активированного угля.

Техническое решение настоящего изобретения реализуется следующим образом:

Во время регенерации под действием приложенного к электродам (поз. 1 и 2) напряжения во внутреннем объеме корпуса фильтра, заполненного жесткой водой, возникает электрический ток ионов Са2+, Mg2+, как растворенных в воде, так, в некоторой степени, и осевших в матрице полимера во время фильтрации, к стенке корпуса фильтра (катоду (поз. 2)). В противоположном направлении (к аноду (поз. 1)) движутся анионы солей жесткости (Сl-, НСО3-, СО32-, SO42- и др.). На катоде (поз. 2) происходит электрохимическое восстановление катионов водорода до газообразного водорода, который удаляется через воздушный клапан (чертеж) по химическим реакциям (1, 2):

Анионы ОН- остаются в воде, создавая щелочную среду. В присутствии ОН- протекает ряд химических реакций:

При этом, чем более щелочная среда, тем более равновесие сдвинуто в сторону образования карбонат-аниона и, соответственно, карбонатов кальция и магния. Карбонаты кальция и магния частично оседают на катоде (поз. 2) и внешней стенке фильтрующего картриджа (поз. 4), а большая их часть смывается в дренажный сброс (поз. 5), т.к. во время регенерации постоянно происходит медленный слив воды из корпуса. В результате данных превращений в пространстве между катодом (поз. 2) и внешней стенкой картриджа (поз. 4) снижается жесткость.

На аноде (поз. 1) происходит электрохимическое окисление кислорода воды и хлорид-аниона по реакциям (6), (7):

Кислород удаляется через отверстие сброса газов (поз. 9), а в объеме воды, прилегающем к аноду (поз. 1), происходит накопление катионов водорода (кислоты), что препятствует осаждению солей жесткости во внутреннем пространстве картриджа (поз. 4).

Таким образом, во время регенерации происходит частичное вымывание катионов кальция и магния из объема матрицы фильтрующего картриджа (поз. 4) с восстановлением его ионообменной емкости к солям жесткости и выпадение карбонатов кальция и магния в осадок в объеме воды внутри корпуса фильтра, которые постоянно смываются через дренажный сброс (поз. 5). Также происходит подкисление воды, которая затем смывается в фильтрат. В целом, процесс регенерации позволяет потребителю во время фильтрации отбирать воду с пониженными рН и жесткостью, а из воды с пониженным рН осаждение солей жесткости на нагревательных элементах приборов и аппаратов затруднено.

Проведенные опытные исследования показали эффективность настоящего изобретения.


СПОСОБ СНИЖЕНИЯ КАРБОНАТНОЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭТОГО
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-7 of 7 items.
27.10.2014
№216.013.01af

Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования

Группа изобретений относится к производству фильтрующего материала с высокими адсорбирующими свойствами, а именно волокнистому фильтрующему материалу и способам его получения и применения, и может быть использовано для дезактивации вирусов при фильтрации воды через слой или слои этого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531829
Дата охранного документа: 27.10.2014
29.12.2017
№217.015.fd33

Композиционный материал

Техническое решение относится к композиционным материалам для очистки жидких сред фильтрацией. Композиционный материал выполнен из двух слоев. Первый слой в направления движения очищаемой жидкости представляет собой смесь, содержащую активированный углеродный сорбент, агломераты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638210
Дата охранного документа: 12.12.2017
29.12.2017
№217.015.fd37

Устройство для очистки жидкости, в частности воды (варианты)

Изобретение предназначено для очистки питьевой воды путем фильтрования и относится к устройствам для очистки жидкости, в частности воды. Устройство содержит коллектор, на торцах корпуса которого установлены впускной и выпускной патрубки, по меньшей мере два или три стакана с фильтрующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638207
Дата охранного документа: 12.12.2017
09.09.2018
№218.016.850e

Фильтровальный картридж

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости и используется в основном совместно с фильтрами кувшинного типа, которые применяются практически везде, где есть необходимость получения чистой питьевой воды. Фильтровальный картридж состоит из двух рабочих зон и по меньшей мере одного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666419
Дата охранного документа: 07.09.2018
09.09.2018
№218.016.8515

Способ очистки жесткой воды

Изобретение может быть использовано для умягчения и очистки жесткой, питьевой воды от ряда неорганических и органических примесей как в домашних, так и в производственных условиях. Для осуществления способа проводят фильтрование воды через последовательно расположенные три ступени очистки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666428
Дата охранного документа: 07.09.2018
21.11.2018
№218.016.9f05

Способ очистки солевых растворов от радионуклидов и установка для его осуществления

Группа изобретений относится к области химической технологии очистки растворов от радиоактивных элементов. Способ очистки солевых растворов от радионуклидов на основе электрохимического получения селективного сорбента - титано-алюминатных гидроксокомплексов, заключается в том, что после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672662
Дата охранного документа: 19.11.2018
01.03.2019
№219.016.ca0f

Фильтр для воды и способ его изготовления

Изобретение относится к устройствам для очистки воды путем фильтрования и ионообмена. Фильтр содержит фильтрующий элемент, выполненный в виде перфорированной опоры, к которой прикреплена объемная арматура, выполненная из, например, синтепона, на которой закреплен ионообменный материал с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02203721
Дата охранного документа: 10.05.2003
Showing 1-10 of 12 items.
10.02.2014
№216.012.9e4c

Способ инактивации вирусов в водных средах

Изобретение может быть использовано для приготовления ультрачистой воды, безопасной для употребления человеком, в результате сорбционной очистки питьевой воды от вирусов. Способ включает фильтрование воды через зоны с сорбционными материалами, где, по крайней мере, одна из зон представляет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506232
Дата охранного документа: 10.02.2014
27.10.2014
№216.013.01af

Фильтрующий материал, способ его получения и способ фильтрования

Группа изобретений относится к производству фильтрующего материала с высокими адсорбирующими свойствами, а именно волокнистому фильтрующему материалу и способам его получения и применения, и может быть использовано для дезактивации вирусов при фильтрации воды через слой или слои этого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531829
Дата охранного документа: 27.10.2014
20.02.2016
№216.014.e851

Способ получения активированного угля

Изобретение относится к области производства активированных углей. Способ включает смешивание кофейного жмыха, образующегося в процессе производства растворимого кофе, с конденсированными пиролизными смолами, имеющими содержание углерода более 65%, и карбонизированным материалом, имеющим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575654
Дата охранного документа: 20.02.2016
25.08.2017
№217.015.baef

Энергосберегающее покрытие и способ его формирования

Группа изобретений относится к химической промышленности и может быть использована в жилищном и промышленном строительстве, в частности, для защиты нефте- и газопроводов в неблагоприятных климатических условиях. Энергосберегающее покрытие содержит эпоксидную смолу, отвердитель и полые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615736
Дата охранного документа: 10.04.2017
29.12.2017
№217.015.fd33

Композиционный материал

Техническое решение относится к композиционным материалам для очистки жидких сред фильтрацией. Композиционный материал выполнен из двух слоев. Первый слой в направления движения очищаемой жидкости представляет собой смесь, содержащую активированный углеродный сорбент, агломераты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638210
Дата охранного документа: 12.12.2017
29.12.2017
№217.015.fd37

Устройство для очистки жидкости, в частности воды (варианты)

Изобретение предназначено для очистки питьевой воды путем фильтрования и относится к устройствам для очистки жидкости, в частности воды. Устройство содержит коллектор, на торцах корпуса которого установлены впускной и выпускной патрубки, по меньшей мере два или три стакана с фильтрующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638207
Дата охранного документа: 12.12.2017
09.09.2018
№218.016.850e

Фильтровальный картридж

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкости и используется в основном совместно с фильтрами кувшинного типа, которые применяются практически везде, где есть необходимость получения чистой питьевой воды. Фильтровальный картридж состоит из двух рабочих зон и по меньшей мере одного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666419
Дата охранного документа: 07.09.2018
09.09.2018
№218.016.8515

Способ очистки жесткой воды

Изобретение может быть использовано для умягчения и очистки жесткой, питьевой воды от ряда неорганических и органических примесей как в домашних, так и в производственных условиях. Для осуществления способа проводят фильтрование воды через последовательно расположенные три ступени очистки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666428
Дата охранного документа: 07.09.2018
21.11.2018
№218.016.9f05

Способ очистки солевых растворов от радионуклидов и установка для его осуществления

Группа изобретений относится к области химической технологии очистки растворов от радиоактивных элементов. Способ очистки солевых растворов от радионуклидов на основе электрохимического получения селективного сорбента - титано-алюминатных гидроксокомплексов, заключается в том, что после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672662
Дата охранного документа: 19.11.2018
10.04.2019
№219.016.ffd1

Пористый фильтрующий элемент (варианты)

Группа изобретений относится к пористым фильтрующим элементам, полученным сжатием исходных компонентов в условиях нагрева, например прессованием, литьем под давлением, методом непрерывной экструзии, методом каландрирования, которые могут быть использованы в фильтрах для очистки воды....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002282494
Дата охранного документа: 27.08.2006
+ добавить свой РИД