RU2666425C2 - Carbonate hardness of water reduction method and the device for this - Google Patents
Carbonate hardness of water reduction method and the device for this Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666425C2 RU2666425C2 RU2015148898A RU2015148898A RU2666425C2 RU 2666425 C2 RU2666425 C2 RU 2666425C2 RU 2015148898 A RU2015148898 A RU 2015148898A RU 2015148898 A RU2015148898 A RU 2015148898A RU 2666425 C2 RU2666425 C2 RU 2666425C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- cathode
- anode
- carbonate hardness
- reducing
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 25
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title abstract description 5
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 14
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Substances [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 10
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 9
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical class [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000011160 magnesium carbonates Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 17
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 8
- 239000008399 tap water Substances 0.000 abstract description 6
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 abstract description 6
- 239000008239 natural water Substances 0.000 abstract description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 8
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 8
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- -1 dolomites Substances 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Chemical class 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Chemical class 0.000 description 4
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical class OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000008234 soft water Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005323 carbonate salts Chemical group 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012611 container material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008233 hard water Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- QWDJLDTYWNBUKE-UHFFFAOYSA-L magnesium bicarbonate Chemical class [Mg+2].OC([O-])=O.OC([O-])=O QWDJLDTYWNBUKE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002370 magnesium bicarbonate Substances 0.000 description 1
- 235000014824 magnesium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- FKLRBKPRLBWRKK-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[Mg+2] FKLRBKPRLBWRKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
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.The present invention relates to the technical field of liquid purification, namely, the possibility of purification of natural or tap water from hardness salts, which leads to water softening, in addition, the invention is aimed at additional purification from harmful and insoluble impurities, such as heavy metals, suspended particles and others.
Известно, что природная или водопроводная вода с большим содержанием солей (гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов) называется жесткой, с малым содержанием - мягкой.It is known that natural or tap water with a high content of salts (bicarbonates, chlorides and sulfates) is called hard, with a low content - soft.
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.In the water of springs and wells, salts of alkaline earth metals are always present to one degree or another. Their sources are deposits in the soil of limestone, dolomites, gypsum. Water hardness in nature is subject to change throughout the year: it increases during evaporation in the heat and decreases in spring and autumn. Melt and rainwater are very soft. In wells and artesian wells, the salt concentration is constant if they are properly made and isolated from the upper drains.
Есть несколько признаков, которые помогут это понять:There are several signs that can help you understand this:
Ткани после стирки становятся жесткими на ощупь. На поверхности белья остаются продукты взаимодействия жирных кислот мыла и солей Са и Mg (белые разводы).Fabrics after washing become hard to the touch. On the surface of the laundry, the products of the interaction of soap fatty acids and Ca and Mg salts (white streaks) remain.
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.Detergents form little foam, flakes appear, more soap or powder for washing is required. Calcium and magnesium ions react with soapy substances, forming stable salts, thereby reducing the washing ability of products.
Стенки чайника зарастают накипью. Выпавший осадок и есть карбонатные соли.The walls of the kettle are overgrown with scale. The precipitate is carbonate salts.
Краны постепенно покрываются налетом после испарения водопроводной воды с поверхности.Faucets are gradually covered with plaque after evaporation of tap water from the surface.
После умывания возникает ощущение стянутости и сухости кожи лица, растворяется защитная жировая пленка.After washing, a feeling of tightness and dryness of the skin of the face appears, the protective fat film dissolves.
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.When washing with soft water, it seems that the soap does not wash off, but this is not so. Soft water does not wash off the natural skin protection, which is very useful for it.
Различают несколько видов жесткости:There are several types of stiffness:
Временную (карбонатную) жесткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСO3)2; Mg(HCO3)2:Temporary (carbonate) hardness due to calcium and magnesium bicarbonates Ca (HCO 3 ) 2 ; Mg (HCO 3 ) 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).Permanent (non-carbonate) hardness caused by the presence of other salts that are not released during boiling water: mainly sulfates and chlorides of Ca and Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2 ).
Различают несколько вариантов умягчения воды, один из них электродиализ. Основан он на удаление из воды солей под действием электрического поля.There are several options for softening water, one of them is electrodialysis. It is based on the removal of salts from water under the influence of an electric field.
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:From the prior art, one of the methods for reducing the carbonate hardness of circulating water of circulating cooling circuits is known (USSR author's certificate No. 132132A of 09/20/1960) aimed at increasing the efficiency of the process, simplifying and cheapening it. The method is carried out by passing a constant electric current through the circulating water, at a density corresponding to the cathodic process proceeding with oxygen depolarization, moreover, calcium carbonate and magnesium oxide hydrate are deposited on the cathode due to neutralization of the bicarbonate anion by hydroxyl ions formed in the cathode space due to assimilation electrons of oxygen in circulating water. The disadvantages of this method are:
- 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.- quick coating of the cathode with a layer of sediment of hardness salts, after which it needs to be replaced or somehow removed, which is why this system of reducing water hardness can only work on recycled water.
- отсутствие разделения катодного и анодного пространства, так что часть обрабатываемой воды не подвергается очищению, соответственно показатель эффективности уменьшения жесткости воды снижается.- the lack of separation of the cathode and anode space, so that part of the treated water is not subjected to purification, respectively, the rate of effectiveness of reducing water hardness is reduced.
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.Another method is also known aimed at the regeneration of composite adsorbed carbon material from adsorbed substances (patent No. 2171139 from 01/05/2000). The method consists in filling the adsorbent layer with an electrolyte solution, followed by passing an electric current. Moreover, when the adsorbent layer is filled with an electrolyte solution, the specific volumetric conductivity of the composite adsorbed carbon material differs from the specific volumetric conductivity of the electrolyte by no more than an order of magnitude, and the electric current is passed with a specific density of at least 0.01 amperes per gram of composite adsorbed carbon material. This method allows to achieve a high degree of regeneration from organic, both polar and non-polar, substances and ions of heavy metals.
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.The disadvantage of this method is the division of work into two phases: adsorption from solution and regeneration of the adsorbent under the influence of electric current, which leads to low cleaning efficiency in relation to hardness salts and, accordingly, to soften the hardness of water.
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.Another method is also known aimed at reducing water hardness (patent No. 2137721 dated July 16, 1998), and provides an increase in the efficiency of water purification from hardness salts. The method works as follows: in a device having a spillway in the upper part for draining treated water, and in the lower part of an inlet pipe with protection against sediment and a relief valve, cylinders of circular or other geometric cross-section are placed, which serve as the cathode, and are placed along the axis of each The cylinder anode is made in the form of perforated tubes. The outer surface of the anodes can be coated with dielectric paint, between the cathode and the anode, permeable for ions partitions can be installed in the form of cylindrical or truncated cones expanding upward, and bends or canopies can be made above the holes of the perforated anodes, directing gases emitted on the anode into the tubes.
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.The disadvantage of the claimed method is the division of work into two phases: adsorption from solution and regeneration of the adsorbent under the influence of electric current, which leads to low cleaning efficiency in relation to hardness salts and, accordingly, to soften the hardness of water.
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.According to its technical characteristics, the closest to the claimed one is a method of reducing water hardness (prototype according to patent No. 2148026 from 07.16.1998) aimed at reducing water hardness, preventing scale formation on the surfaces of heat exchangers, bactericidal treatment of water due to the release of active chlorine on the cathode. The process is carried out in an electrolyzer, the working surface of which serves as a cathode, and the anode is coaxially located inside the electrolyzer along its entire length. The water flow is passed in a laminar mode along the axis of the electrolyzer and, when a certain thickness of the sediment layer is reached, a current pulse is applied at the cathode that exceeds the oxygen ionization current sufficient for rapid evolution of hydrogen at the cathode, while the direction of the water flow is reversed. Oxygen ionization is catalyzed by the use of materials with a high overvoltage of hydrogen evolution, and the water stream is aerated before being treated with electric current.
Недостатками работы данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- отсутствие разделения катодного и анодного пространства, так что часть обрабатываемой воды может не подвергаться очистки;- the lack of separation of the cathode and anode space, so that part of the treated water may not be treated;
- возможность попадания частиц осадка в очищенную воду.- the possibility of particles of sediment in purified water.
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.The objective of the proposed technical solution is to develop a method of reducing the carbonate hardness of water and a device for this, which allows for the purification of natural or tap water from carbonate hardness in a filtering device.
Дополнительные задачи изобретения заключаются в обеспечении очищенной воды лучшими органолептическими показателями и отсутствием осадков и налета при кипячении во время использования фильтрующего устройства.Additional objectives of the invention are to provide purified water with the best organoleptic characteristics and the absence of precipitation and deposits during boiling during use of the filter device.
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.The technical result of the method of reducing the carbonate hardness of water, including the treatment of water with direct electric current with the deposition of calcium and magnesium carbonates in the cathode space, removed by periodic washing in the drainage and simultaneous transport of calcium and magnesium ions under the influence of an electric field from the anode to the cathode space and filtered acidification water in the anode space, is achieved due to the fact that the cathode and anode space are separated by a porous partition made of material a, with the ability to adsorb calcium and magnesium ions.
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.There is a possible development of a method for reducing the carbonate hardness of water, which includes treating water with direct electric current with precipitation of calcium and magnesium carbonates in the cathode space, removed by periodic washing in the drainage and simultaneous transport of calcium and magnesium ions under the influence of an electric field from the anode to the cathode space and acidification filtered water in the anode space, while the cathode and anode space are separated by a porous septum made of microporous Container material obtained by block polymerization of resorcinol with formaldehyde.
Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором, фильтрация воды осуществляется через пористую перегородку из катодного в анодное пространство.A possible development of a method for reducing the carbonate hardness of water, in which water is filtered through a porous septum from the cathode to the anode space.
Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором обработка воды электрическим током осуществляется в промежутках между циклами фильтрации.There is a possible development of a method for reducing the carbonate hardness of water, in which the treatment of water with electric current is carried out in the intervals between filtration cycles.
Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором обработка воды электрическим током осуществляется непосредственно в процессе фильтрации.A possible development of a method for reducing the carbonate hardness of water, in which the treatment of water with electric current is carried out directly in the filtering process.
Возможен вариант развития способа снижения карбонатной жесткости воды, в котором может использовать микропористый материал, изготовленный из керамического материала.A possible development of a method of reducing the carbonate hardness of water, in which it can use microporous material made of ceramic material.
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.The technical result of the device for reducing the carbonate hardness of water, which includes an anode and a cathode, is that the filter device consists of a housing with a cover, inside which two cylindrical electrodes are placed - an external anode and an internal cathode, and the electrodes are separated by a permeable filter partition made of porous material.
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.A development option is possible for a device to reduce the carbonate hardness of water, which includes an anode and a cathode, in which the filter device consists of a housing with a cover, inside which two cylindrical electrodes are placed - an external anode and an internal cathode, and the electrodes are separated by a permeable filter membrane made of porous material with the ability to adsorb calcium and magnesium ions.
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.A development option is possible for a device to reduce the carbonate hardness of water, in which the septum can be made of microporous material obtained by block polymerization of resorcinol with formaldehyde.
Для более полного раскрытия сущности заявляемого технического решения на чертеже показано фильтрующее устройство.For a more complete disclosure of the essence of the claimed technical solution, the drawing shows a filtering device.
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.The filtering device consists of cylindrical electrodes - the external anode pos. 1 and the internal cathode pos. 2, wherein the electrodes are separated by a permeable filter membrane made of microporous material obtained by block polymerization of resorcinol with formaldehyde. Pos. 3 - filter glass, pos. 4 - filter cartridge, pos. 5 - drainage discharge, pos. 6 - filter cover, pos. 7 - the output of the filtrate, pos. 8 water flow inlet, pos. 9 - gas vent.
Поток фильтруемой воды в фильтрующем устройстве имеет радиальное направление от катода (поз. 2) к аноду (поз. 1), см. чертеж.The flow of filtered water in the filter device has a radial direction from the cathode (pos. 2) to the anode (pos. 1), see drawing.
При этом обработка воды электрическим током осуществляется как в промежутках между циклами фильтрации, так и непосредственно в процессе фильтрации.In this case, water treatment by electric current is carried out both in the intervals between filtration cycles, and directly in the filtration process.
Между внешним анодом (поз. 1) и внутренним катодом (поз. 2), находится проницаемая фильтрующая перегородка, которая может быть изготовлена из несколько видов материалов:Between the outer anode (pos. 1) and the inner cathode (pos. 2), there is a permeable filtering partition, which can be made of several types of materials:
- микропористый материал, полученный методом блочной полимеризации резорцина с формальдегидом;- microporous material obtained by block polymerization of resorcinol with formaldehyde;
- микропористый материал, изготовленный из керамического материала;- microporous material made of ceramic material;
- пористый материал, изготовленный из керамического материала;- porous material made of ceramic material;
пористый материал, изготовленный из прессованного мелкофракционного активированного угля;porous material made from pressed fine activated carbon;
- пористый материал, содержащий моноблочный материал из активированного угля;- porous material containing monoblock material from activated carbon;
- пористый материал, содержащий гранулы ионообменной смолы;- a porous material containing granules of ion exchange resins;
- пористый материал, содержащий дробленый цеолит.- a porous material containing crushed zeolite.
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.The microporous material contains ion-exchange groups that can trap calcium and magnesium cations by the ion-exchange mechanism. Along the way, this material traps heavy metal cations. Inside the filter device is a cartridge made of pressed fine activated carbon.
Техническое решение настоящего изобретения реализуется следующим образом:The technical solution of the present invention is implemented as follows:
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 -, СО3 2-, SO4 2- 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):During regeneration under the action of a voltage applied to the electrodes (
Анионы ОН- остаются в воде, создавая щелочную среду. В присутствии ОН- протекает ряд химических реакций:OH anions - remain in the water, creating an alkaline environment. In the presence of OH - a series of chemical reactions proceeds:
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.Moreover, the more alkaline the medium, the more equilibrium is shifted towards the formation of a carbonate anion and, accordingly, calcium and magnesium carbonates. Calcium and magnesium carbonates are partially deposited on the cathode (pos. 2) and the outer wall of the filter cartridge (pos. 4), and most of them are washed off into the drainage discharge (pos. 5), because during regeneration, a slow discharge of water from the housing constantly occurs. As a result of these transformations in the space between the cathode (pos. 2) and the outer wall of the cartridge (pos. 4), the stiffness decreases.
На аноде (поз. 1) происходит электрохимическое окисление кислорода воды и хлорид-аниона по реакциям (6), (7):At the anode (pos. 1), electrochemical oxidation of the oxygen of water and the chloride anion takes place according to reactions (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).Oxygen is removed through a gas vent (pos. 9), and hydrogen (acid) cations accumulate in the volume of water adjacent to the anode (pos. 1), which prevents the deposition of hardness salts in the interior of the cartridge (pos. 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.Thus, during regeneration, the calcium and magnesium cations are partially washed out from the filter cartridge matrix volume (item 4) with the restoration of its ion exchange capacity to hardness salts and calcium and magnesium carbonates precipitate in the volume of water inside the filter body, which are constantly washed off through drainage discharge (item 5). Acidification of water also occurs, which is then washed off into the filtrate. In general, the regeneration process allows the consumer to select water with reduced pH and hardness during filtration, and the deposition of hardness salts on the heating elements of devices and apparatuses is difficult from water with a low pH.
Проведенные опытные исследования показали эффективность настоящего изобретения.Experimental studies have shown the effectiveness of the present invention.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148898A RU2666425C2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Carbonate hardness of water reduction method and the device for this |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148898A RU2666425C2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Carbonate hardness of water reduction method and the device for this |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015148898A RU2015148898A (en) | 2017-05-17 |
| RU2666425C2 true RU2666425C2 (en) | 2018-09-07 |
Family
ID=58715469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148898A RU2666425C2 (en) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Carbonate hardness of water reduction method and the device for this |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666425C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU132132A1 (en) * | 1960-05-04 | 1960-11-30 | А.М. Кязимов | Method for reducing carbonate hardness of circulating water of circulating cooling circuits |
| RU2148026C1 (en) * | 1998-07-16 | 2000-04-27 | Крыщенко Константин Иванович | Method of removal of water hardness |
| WO2014150792A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Hydronovation, Inc. | Electrochemical water treatment system and method |
-
2015
- 2015-11-13 RU RU2015148898A patent/RU2666425C2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU132132A1 (en) * | 1960-05-04 | 1960-11-30 | А.М. Кязимов | Method for reducing carbonate hardness of circulating water of circulating cooling circuits |
| RU2148026C1 (en) * | 1998-07-16 | 2000-04-27 | Крыщенко Константин Иванович | Method of removal of water hardness |
| WO2014150792A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Hydronovation, Inc. | Electrochemical water treatment system and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015148898A (en) | 2017-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chauhan et al. | Investigations on activated alumina based domestic defluoridation units | |
| Singh et al. | Removal of fluoride from aqueous solution: status and techniques | |
| JP3174037U (en) | Low energy device for desalinating seawater | |
| US20130306565A1 (en) | Electrochemical Ion Exchange Water Treatment | |
| KR101373389B1 (en) | On-site sodium hypochlorite generator for high concentration product | |
| US20160176739A1 (en) | Water treatment device and water treatment method | |
| JP5728737B2 (en) | Ballast water treatment system using high efficiency electrolyzer | |
| WO2019066762A1 (en) | The method for treatment and disinfection of industrial effluents | |
| Liu et al. | Robust electrolysis system divided by bipolar electrode and non-conductive membrane for energy-efficient calcium hardness removal | |
| WO2011044782A1 (en) | Super advanced sewage treatment method and device | |
| Gorni-Pinkesfeld et al. | Hybrid electrolysis–crystallization system for silica removal from aqueous solutions | |
| CA2963529A1 (en) | Electrolytic water softener | |
| Srimurali et al. | Activated alumina: Defluoridation of water and household application–A study | |
| KR20160087791A (en) | NaOH collecting device via electrolysis concentrate seawater and its collecting method | |
| RU2666425C2 (en) | Carbonate hardness of water reduction method and the device for this | |
| KR101636656B1 (en) | Apparatus for manufacturing a refined | |
| JP3536092B2 (en) | Method for removing phosphorus from water to be treated using electric field | |
| KR20130027678A (en) | Ion exchange resin filter module | |
| JP3045378B2 (en) | Method for combined treatment of seawater | |
| US9731983B2 (en) | Ion exchange methods for treating water hardness | |
| KR101390651B1 (en) | Sodium Hypochlorite Generator Having Mesh Electrode | |
| JP5634759B2 (en) | Fluorine removal method and fluorine removal system | |
| JP5036746B2 (en) | Chloride ion removing apparatus and chloride ion removing method | |
| KR20030093171A (en) | Electrolysis having a mesh type electrode | |
| RU2155718C2 (en) | Plant for reduction of mineralization and decontamination of potable water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20180124 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20180607 |