C02F1 / 22 - Обробка води, промислових і побутових стічних вод або відстою стічних вод (поділ взагалі B01D; спеціальні пристрої на судах для обробки води, промислових і побутових стічних вод, наприклад для отримання питної води B63J; додавання до води речовин для запобігання корозії C23F ; обробка рідин, забруднених радіоактивними речовинами G21F 9/04)
Винахід відноситься до технології очищення та знесолення води, розчинів солей в промисловості та побуті, а також може бути використано для очищення питної води, промислових стоків. Спосіб знесолення води або розчинів солей заморожуванням і розморожуванням полягає в тому, що заморожування води або розчинів солей ведуть в посудині з відношенням висоти посудини до поперечного перерізу 2, по осі якого встановлено нагрівач. Після повного заморожування рідини в центрі дна посудини проробляють отвір і за допомогою осьового нагрівача розплавляють 15% льоду, отримуючи розсіл, а залишився лід плавлять в довільному режимі і отримують очищену воду. За один цикл отримують 80 об.% Знесоленої на 30-40% рідини і 20% концентрату. Даний спосіб можна використовувати також для концентрування вод і розчинів. 1 з.п. ф-ли, 7 мул.
Винахід відноситься до технології очищення та знесолення води, розчинів солей в промисловості та побуті, а також може бути використано для очищення питної води, промислових стоків.
У заявці [Спосіб отримання талої води і генератор талої води. Заявка 97100446/13. Росія. МПК 6 C 02 F 1/22 / Кузнєцов Е.С. Соловйов Е.Ф. Заявл. 14.01.97. опубл. 10.11.98 р Бюлл. 31] пропонується комбінований спосіб, що відрізняється тим, що процес заморожування води і відтавання льоду здійснюється частково і поперемінно в двох ємностях. Спосіб складний в аппаратурном і технологічному змісті.
Простіший комбінований спосіб, найбільш близький до пропонованого в даній заявці, запропонований в патенті [Спосіб поліпшення якості питної води виморожуванням / Пат. 2077160. Сосновський А.В. Івлєв С.А. Самойлов B.C. Герман В. В. Заявка 94011389/26. Заявл. 01.04.94 р опубл. 10.04.97 г]. В цьому патенті описаний спосіб поліпшення якості питної води виморожуванням, що полягає в її заморожуванні, дробленні льоду і його таненні, який відрізняється тим, що заморожування льоду ведуть до 70-90% обсягу води, танення льоду здійснюють при теплоізоляції його бічних і нижніх поверхонь до освіти 30 -55% від обсягу льоду талого стоку з подальшим його видаленням. Що залишився чистий лід плавлять повністю і отримують 15-60% чистої води від спочатку взятого її обсягу на опріснення.
Недоліки методу: 1. Необхідно контролювати ступінь заморожування, що в природних умовах (коли температура повітря і швидкість вітру змінюються) вести важко.
2. Необхідно дроблення льоду.
3. Необхідний контроль ступеня плавлення льоду в умовах його теплоізоляції.
4. Щодо низький вихід (15-60%) чистої води.
Пропонується вільний від цих недоліків спосіб поліпшення якості води. Спосіб заснований на тому, що при заморожуванні води в циліндричній посудині (відведення тепла здійснювався ззовні) шар льоду зростає від стінок до центру судини. При цьому спочатку вимерзає чиста вода, а рідина, що залишилася всередині крижаної зони, поступово концентрується по розчиненим компонентів колоїду і зважити. В результаті цього розсіл, що утворюється в ході поступового концентрування, зосереджується в осьовій зоні і замерзає останнім. Зона концентрування після повного проморожування рідини зазвичай чітко видно неозброєним оком: при забарвлених домішках всередині видно дендритних стовбур у вигляді "морквини", а при нефарбованих домішках утворюється молочно-білий стовбур. Якщо процес танення льоду здійснюють від центру до периферії, то в перших порціях рідини витече розсіл, а потім буде плавитися чистий лід.
Для підтвердження вищевикладеного проведені наступні експерименти. У стандартний пластиковий посуд місткістю 1,5 л заливали 1,3 л водопровідної води і занурювали в воду трубчастий електричний нагрівач так, щоб він розташовувався по всій висоті осі судини.
Схематично пристрій розроблений таким чином показана на фіг.1, де наведено джерело живлення нагрівача 1, посудину у вигляді пляшки 2, осьової нагрівач 3 і місце для зливного отвору 4. Трубчастий електричний нагрівач (фіг.2) являв собою запаяну з одного кінця кварцову трубку 1 зовнішнім діаметром 8 мм, в яку містилася трубка 2 діаметром 4 мм, на зовнішню поверхню якої була намотана ніхромовий спіраль 3 в якості нагрівача.
При заморожуванні води посудину знаходився нерухомо у вертикальному положенні. Таким чином, нагрівач опинявся вморожених в осьовій зоні крижаний були. Потім в центрі дна посудини гарячої металевою трубкою прорізали отвір, закріплювали його вертикально і під отвір в дні посудини встановлювали занурити пробовідбиральний посудину. Нагрівач підключали до варіатору змінної напруги і при темно-червоному калі спіралі виробляли відтавання, відбираючи послідовно порції рідини по 50-70 мл. В якості міри сумарного вмісту солі порцій води використовували питому електропровідність. Залежність питомої електропровідності талої води від обсягу витаявшей рідини представлена на Фіг.3. З Фіг.3 видно, що при виморожування перших порцій рідини об'ємом 200-250 мл видаляється забруднена частина льоду, що залишився лід плавлять в будь-якому режимі і отримують 1150-200 мл очищеної води. Таким чином, вихід очищеної води становить 82-86% від спочатку взятого її обсягу. Так при заморожуванні і відтаванні 1,4 л водопровідної води з питомою електропровідністю 297 мкс / см було отримано 1200 мл води з питомою електропровідністю 180 мкс / см. В даному прикладі ступінь очищення склала 39,6%. Для витаіванія розсолу з посудини ємністю 1,5 л потрібно 20-25 хв, швидкість плавлення залишився очищеного льоду буде залежати від температурного режиму плавлення. Для повного розтоплення льоду з посудини такої ж ємності при постійно включеному нагрівачі потрібно близько 1,5 ч. Експерименти були повторені нами кілька разів і зазначені вище результати чітко відтворювалися.
Такі ж закономірності спостерігаються при заморожуванні і плавленні розчинів солей. На малюнках 4-7 представлені криві осьового плавлення льоду для розчинів КNО3 з початковою питомою електропровідністю 1,13 мС / см (фіг. 4), MgSO4 з початковою питомою електропровідністю 3,2 мС / см (фіг.5), BaCl2 з початкової питомої електропровідністю 1,8 мС / см (фіг.6) і FeCl3 з початковою питомою електропровідністю 133 мкс / см (фіг.7). Як видно з фіг. 4-7, все криві однотипні і подібні кривої для водопровідної води (Фіг.3). Таким чином, і для розчинів солей після осьового витаіванія 200-250 мл рідини (при первинному замороженому обсязі 1300 мл) отримують 1150-1200 мл частково знесоленого розчину.
Пропонований спосіб можна з рівним успіхом використовувати і для концентрування розчинів солей, так як при осьовому плавленні льоду отримують концентрат і обессоленную рідина. Для підвищення ступеня знесолення або концентрування процес повторюють, використовуючи відповідно частково обессоленную фазу або концентрат.
Описані вище закономірності розподілу солей при осьовому плавленні льоду спостерігаються тоді, коли заморожування рідини в посудині йде від периферії до центру. Для забезпечення цього необхідно, щоб відношення висоти посудини до його діаметру становило не менше 2.2
1. Спосіб знесолення води або розчинів солей шляхом заморожування і подальшого відтавання, що відрізняється тим, що перед процесом заморожування в посудину поміщають осьової нагрівач, після чого проводять повне заморожування води або розчину солі, потім проробляють отвір в дні посудини і за допомогою осьового нагрівача розплавляють НЕ більше 15% льоду, отримуючи концентрат, а залишився лід плавлять в довільному режимі, отримуючи очищену воду.
2. Спосіб знесолення води або розчинів солей шляхом заморожування і подальшого відтавання по п. 1 відрізняється тим, що процес ведуть переважно в посудині з відношенням висоти посудини до діаметру поперечного перерізу 2.