Система введения суспензии микроизмельченного сaсо3 для реминерализации деминерализованной воды и пресной воды

Система введения суспензии микроизмельченного сaсо3 для реминерализации деминерализованной воды и пресной воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области обработки воды, более конкретно, к способу реминерализации воды и к использованию карбоната кальция в таком способе.

Запасы пресной воды стали недостаточными. Даже в странах, богатых водными ресурсами, не все источники и водохранилища пригодны для получения питьевой воды, многим современным источникам угрожает значительное ухудшение качества воды. Изначально подаваемая вода, используемая для питья, представляла собой главным образом поверхностные воды и грунтовые воды. Однако по экологическим и экономическим причинам все большее значение приобретает обработка морской воды, минерализованной воды, слабоминерализованной воды, сточных вод и загрязненных сточных вод.

Известно несколько способов регенерации воды из морской воды или минерализованной воды с целью получения питьевой воды; они имеют большое значение для засушливых регионов, прибрежных районов и морских островов; они включают дистилляцию, электролитические, а также осмотические или обратноосмотические процессы. Вода, получаемая такими способами, очень мягкая, имеет низкий рН, так как содержит мало солей рН-буферов, следовательно, чрезвычайно реакционно-способна и, пока не будет подвергнута обработке, может вызывать коррозию при транспортировке по традиционным трубопроводам. Кроме того, необработанная деминерализованная вода не может быть использована непосредственно в качестве источника питьевой воды. Для предотвращения растворения нежелательных веществ в трубопроводах, для исключения коррозии водопроводных сооружений, таких как трубы и клапаны, и для придания воде приятного вкуса необходима ее реминерализация.

Традиционными способами, преимущественно используемыми для реминерализации воды, являются деструктивное растворение извести диоксидом углерода и фильтрация через слой известняка. Другими менее распространенными способами реминерализации являются, например, добавление гидратированной извести и карбоната натрия, добавление сульфата кальция и бикарбоната натрия или добавление хлорида кальция и бикарбоната натрия.

Способ с использованием извести включает обработку раствора извести подкисленной СО₂ водой, при этом идет следующая реакция:

Са(ОН)₂+2СО₂→Са²⁺+2НСО₃ ^-

Как можно заключить из приведенного уравнения реакции, для преобразования одного эквивалента Са(ОН)₂ в Са²⁺ и бикарбонат с целью реминерализации необходимо два эквивалента СО₂. Этот способ обусловлен добавлением двух эквивалентов СО₂ для превращения основного аниона гидроксида в частицу бикарбонатного буфера. Для реминерализации воды из известкового молока (обычно самое большее 5% вес.) готовят насыщенный раствор гидроксида кальция, обычно именуемый известковой водой, с концентрацией 0,1-0,2% вес. относительно общего веса. Следовательно, для получения известковой воды необходим сатуратор, и для достижения заданного уровня реминерализации нужны большие объемы известковой воды. Еще одним недостатком этого способа является то, что гидратированная известь коррозионно-активна и нуждается в надлежащем обращении и специальном оборудовании. Кроме того, при плохом регулировании добавления гидратированной извести в мягкую воду возможны нежелательные скачки рН из-за недостаточности буферных свойств извести.

Способ фильтрации через слой известняка включает стадию пропускания мягкой воды через слой гранулированного известняка и растворение карбоната кальция в потоке воды. При контакте известняка с подкисленной СО₂ водой реминерализация воды происходит в соответствии с уравнением:

СаСО₃+СО₂+Н₂О→Са²⁺+2НСО₃ ^-

В отличие от способа с использованием извести, для преобразования одного эквивалента СаСО₃ в Са²⁺ и бикарбонат с целью реминерализации стехиометрически необходим только один эквивалент СО₂. Кроме того, известняк коррозионно не активен, и благодаря буферным свойствам СаСО₃ большие скачки рН исключены.

Одним дополнительным преимуществом использования карбоната кальция вместо извести является очень незначительное выделение диоксида углерода. При получении одной тонны карбоната кальция выделяется 75 кг СО₂, тогда как при получении одной тонны извести выделяется 750 кг СО₂. Следовательно, использование карбоната кальция вместо извести сопряжено с некоторыми экологическими преимуществами.

Однако скорость растворения гранулированного карбоната кальция мала, и для осуществления способа фильтрации через известняк нужны большие фильтры. Поэтому эти фильтры занимают много места, и для установок фильтрации через слой известняка требуются большие производственные площади.

Способы реминерализации воды с использованием известкового молока или суспензии извести описаны в US 7374694 и ЕР 0520826. В US 5914046 описан способ уменьшения кислотности сброса сточных вод при помощи импульсного слоя известняка.

Заявителю также известна неопубликованная заявка на европейский патент 10172771.1, в которой описан способ реминерализации деминерализованной и пресной воды при помощи введения в подаваемую воду суспензии микроизмельченного карбоната кальция и газообразного диоксида углерода.

Однако во всех цитируемых выше документах известного уровня техники описаны способы реминерализации подаваемой воды, до применения способа реминерализации не содержащей или содержащей мало диоксида углерода.

Однако также существует исходная вода, до реминерализации содержащая диоксид углерода в высокой или достаточной концентрации относительно требуемого уровня реминерализации. Под высокой или достаточной концентрацией диоксида углерода понимается количество, по меньшей мере, 20 мг СО₂ на литр подаваемой воды.

Одним из типов подаваемой воды, имеющей такую высокую концентрацию диоксида углерода, является грунтовая вода, образовавшаяся из воды, просочившейся сквозь известняковые породы, или благодаря анаэробным условиям.

Другой тип подаваемой воды с концентрацией диоксида углерода, по меньшей мере, 20 мг/л, может образовываться, например, при обработке сточных вод на станции очистки сточных вод. Причина в том, что одна из стадий обработки сточных вод заключается в деминерализации сточных вод посредством процесса обратного осмоса. Однако для предотвращения или уменьшения образования отложений на мембранах устройств обратного осмоса в подаваемую в устройства обратного осмоса воду добавляют кислоту, в частности серную кислоту, с целью снижения рН. Добавление кислоты в сырье процесса обратного осмоса ведет к преобразованию частиц карбоната, присутствующих в подаваемой воде, в свободный диоксид углерода, который не удаляется мембранами устройств обратного осмоса и, таким образом, остается в воде, выходящей из устройства обратного осмоса. Этот избыток диоксида углерода, присутствующий в подаваемой воде, однако, необходимо удалить до добавления извести. В настоящее время удаление избытка диоксида углерода из подаваемой воды осуществляют при помощи декарбонаторов, требующих больших затрат средств, времени и энергии.

Таким образом, из рассмотрения недостатков известных способов реминерализации воды ясно, что целью настоящего изобретения является обеспечение альтернативного или усовершенствованного способа реминерализации воды, характеризующейся начальной концентрацией диоксида углерода, по меньшей мере, 20 мг/л, при этом реминерализованная вода имеет определенный уровень реминерализации, например характеризуется концентрацией кальция от 30 до 40 мг/л в виде СаСО₃.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа реминерализации воды, в котором не участвуют коррозионно-активные соединения, и, следовательно, исключается опасность образования накипи, не требуется коррозионно-стойкого оборудования и создается безопасная рабочая среда для персонала предприятия. Было бы желательно разработать способ, который был бы безвредным для окружающей среды и позволил бы снизить эксплуатационные затраты благодаря исключению стадии, связанной с большими затратами средств, времени и энергии.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа реминерализации воды, в котором количество минералов может быть отрегулировано до заданных величин.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа реминерализации с использованием известняка, позволяющего использовать установки реминерализации меньшего размера, или обеспечение способа реминерализации, позволяющего использовать меньшие объемы реминерализующего соединения, например, по сравнению со способом с использованием извести. Также было бы желательным создание способа, который можно реализовать на меньших производственных площадях, чем способ фильтрации через слой известняка.

Изложенные и другие цели достигаются путем обеспечения способа реминерализации воды, включающего стадии (а) обеспечения подаваемой воды с концентрацией диоксида углерода, по меньшей мере, 20 мг/л, предпочтительно в диапазоне от 25 до 100 мг/л, более предпочтительно в диапазоне от 30 до 60 мг/л, (b) обеспечения водной суспензии, содержащей микроизмельченный карбонат кальция, и (с) соединения подаваемой воды стадии (а) и водной суспензии стадии (b) с целью получения реминерализованной воды.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения им обеспечивается использование микроизмельченного карбоната кальция для реминерализации воды.

Преимущественные варианты осуществления настоящего изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 0,05 до 40% вес., от 1 до 25% вес., от 2 до 20% вес., предпочтительно от 3 до 15% вес., наиболее предпочтительно от 5 до 10% вес., относительно общего веса суспензии; или концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 10 до 40% вес., от 15 до 30% вес. или от 20 до 25% вес. относительно общего веса суспензии. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения карбонат кальция характеризуется размером частиц от 0,1 до 100 мкм, от 0,5 до 50 мкм, от 1 до 15 мкм, предпочтительно от 2 до 10 мкм, наиболее предпочтительно от 3 до 5 мкм; или карбонат кальция характеризуется размером частиц от 1 до 50 мкм, от 2 до 20 мкм, предпочтительно от 5 до 15 мкм, наиболее предпочтительно от 8 до 12 мкм. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения карбонат кальция характеризуется содержанием веществ, нерастворимых в HCl, от 0,02 до 2,5% вес., от 0,05 до 1,5% вес. или от 0,1 до 0,6% вес. относительно общего веса микроизмельченного карбоната кальция. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения карбонат кальция представляет собой молотый карбонат кальция, модифицированный карбонат кальция или осажденный карбонат кальция или их смеси.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения суспензия включает дополнительные минералы, содержащие магний, калий или натрий, предпочтительно карбонат магния, карбонат кальция-магния, например доломитовый известняк, известковый доломит, доломит или полуобожженный доломит; оксид магния, такой как обожженный доломит, сульфат магния, гидрокарбонат калия или гидрокарбонат натрия. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения суспензия является свежеприготовленной путем смешивания воды и карбоната кальция. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии составляет менее 48 часов, менее 24 часов, менее 12 часов, менее 5 часов, менее 2 часов или менее 1 часа. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения вводимая суспензия соответствует требованиям в отношении микробиологического качества, установленным национальным законодательством для питьевой воды.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения полученная реминерализованная вода характеризуется концентрацией магния от 5 до 25 мг/л, предпочтительно от 5 до 15 мг/л, наиболее предпочтительно от 8 до 12 мг/л. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения реминерализованная вода характеризуется мутностью менее 5,0 нефелометрических единиц мутности (nephelometric turbidity unit - NTU), менее 1,0 NTU, менее 0,5 NTU или менее 0,3 NTU.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения реминерализованная вода характеризуется индексом насыщения Ланжелье от -2 до 1, предпочтительно от -1,9 до 0,9, наиболее предпочтительно от -0,9 до 0. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения реминерализованная вода характеризуется индексом плотности ила (slit density index - SDI) SDI₁₅ менее 5, предпочтительно менее 4, наиболее предпочтительно менее 3. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения реминерализованная вода характеризуется индексом загрязнения мембран (membrane fouling index - MFI) MFI_0,45 менее 4, предпочтительно менее 2,5, наиболее предпочтительно менее 2.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения подаваемая вода представляет собой деминерализованную морскую воду, слабоминерализованную воду или минерализованную воду, обработанные сточные воды или природную воду, такую как грунтовые воды, поверхностные воды или дождевую воду, предпочтительно деминерализованную морскую воду, слабоминерализованную воду или минерализованную воду, обработанные сточные воды или грунтовые воды.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения реминерализованную воду смешивают с подаваемой водой. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения способ дополнительно включает стадию удаления частиц.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ дополнительно включает стадии (d) измерения величины параметра реминерализованной воды, при этом параметр подбирают из группы, состоящей из щелочности, общей жесткости, электропроводности, концентрации кальция, рН, концентрации CO₂, общей концентрации растворенных твердых веществ и мутности реминерализованной воды; (е) сравнения величины измеренного параметра с заданной величиной параметра и (f) обеспечения количества вводимой суспензии на основании разности между измеренной и заранее заданной величиной параметра. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения величина заранее заданного параметра представляет собой величину рН, при этом величина рН составляет от 5,5 до 9, предпочтительно от 7 до 8,5.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения микроизмельченный карбонат кальция используют с целью реминерализации воды, при этом реминерализованная вода подобрана из питьевой воды, воды рекреационного назначения, такой как вода для плавательных бассейнов, воды промышленного назначения, используемой для технологических нужд, воды для орошения или воды для питания водоносного горизонта или скважины.

Термин «щелочность (ТАС - total alkalinity coefficient, коэффициент общей щелочности)», используемый в контексте настоящего изобретения, является мерой способности раствора нейтрализовать кислоты до точки эквивалентности карбоната или бикарбоната. Щелочность равна стехиометрической сумме оснований в растворе и выражается в мг/л в виде CaCO₃. Щелочность может быть измерена при помощи титратора.

В целях настоящего изобретения термин «концентрация кальция» означает общее содержание кальция в растворе и выражается в мг/л в виде Са²⁺ или CaCO₃. Эта концентрация может быть измерена при помощи титратора.

«Электропроводность» в контексте настоящего изобретения используется как показатель того, насколько мало подвергаемая исследованию вода содержит солей, ионов или примесей; чем чище вода, тем меньше электропроводность. Электропроводность может быть измерена кондуктометром и выражена в мкСм/см.

«Молотый карбонат кальция» (ground calcium carbonat - GCC) в контексте настоящего изобретения означает карбонат кальция, полученный из естественных источников, включая мрамор, мел, известняк или доломит. Кальцит представляет собой карбонатный минерал и наиболее устойчивую полиморфную модификацию карбоната кальция. Другими полиморфными модификациями карбоната кальция являются минералы арагонит и ватерит. Арагонит переходит в кальцит при 380-470°С, валерит даже менее устойчив. Молотый карбонат кальция подвергают такой обработке, как размол, просеивание и/или разделение на фракции сухим и/или мокрым способом, например, при помощи циклона. Специалистам в данной области известно, что молотый карбонат кальция естественным образом содержит в определенной концентрации магний, как имеет место в случае доломитового кальцита.

Термин «индекс насыщения Ланжелье» (Langelier Saturation Index - LSI) в контексте настоящего изобретения использован для описания тенденции водной жидкости к образованию отложений или коррозионной активности, при этом положительный LSI указывает на тенденции к образованию отложений, отрицательный LSI указывает на коррозионный характер. Сбалансированный индекс насыщения Ланжелье, т.е. LSI=0, следовательно, означает, что водная жидкость находится в химическом равновесии. LSI рассчитывают следующим образом:

LSI=pH-pH_s,

где рН обозначает реальную величину рН водной жидкости, а pH_s - это величина рН водной жидкости при насыщении СаСО₃. Величина pH_s может быть оценена следующим образом:

pH_s=(9,3+А+В)-(C+D),

где А - числовой показатель величины общей концентрации растворенных твердых веществ (total dissolved solids - TDS), присутствующих в водной жидкости, В - числовой показатель величины температуры водной жидкости в К, С - числовой показатель величины концентрации кальция в водной жидкости в мг/л CaCO₃, D - числовой показатель величины щелочности водной жидкости в мг/л CaCO₃. Параметры А-D определяют, используя следующие уравнения:

A=(log₁₀(TDS)-1)/10

В=-13,12×log₁₀(Т+237)+34,55

C=log₁₀[Са²⁺]-0,4

D=log₁₀(ТАС)

где TDS - общая концентрация растворенных твердых веществ в мг/л, Т - температура в °С, [Са²⁺] - концентрация кальция в водной жидкости в мг/л CaCO₃, ТАС - щелочность водной жидкости в мг/л CaCO₃.

Термин «индекс плотности ила» (SDI), используемый в контексте настоящего изобретения, означает количество материала в форме частиц, присутствующее в воде, и соотносится с тенденцией засорения обратноосмотических или нанофильтрационных систем. SDI может быть рассчитан, например, на основании скорости закупоривания мембранного фильтра 0,45 мкм, когда воду пропускают через него с постоянным приложенным давлением воды 208,6 кПа. Величину SDI₁₅ рассчитывают на основании скорости закупоривания мембранного фильтра 0,45 мкм, когда воду пропускают через него с постоянным приложенным давлением воды 208,6 кПа в течение 15 мин. Обычно для спиральновитых обратноосмотических мембран требуется SDI менее 5, а для половолоконных обратноосмотических систем требуется SDI менее 3.

Термин «индекс загрязнения мембран» (MFI) в контексте настоящего изобретения относится к концентрации суспендированного материала и является более точным показателем, чем SDI, с точки зрения прогнозирования способности воды засорять обратноосмотические или нанофильтрационные мембраны. Способ, используемый для определение MFI, может быть тем же, что и для определения SDI, за исключением того, что объем фиксируют каждые 30 секунд на протяжении 15 минут периода фильтрации. MFI может быть получен графически как наклон прямой части кривой, когда строят график t/V относительно V (t означает время в секундах, необходимое для получения объема V в литрах). Величина MFI <1 соответствует величине SDI, примерно <3 и может рассматриваться как достаточно низкая с точки зрения регулирования засорения коллоидами и частицами.

В том случае, когда для измерения MFI используют ультрафильтрационную мембрану (ultrafiltration - UF), указанный индекс именуют MFI-UF в противоположность MFI_0,45, где 0,45 означает используемый мембранный фильтр.

В целях настоящего изобретения термин «микроизмельченный» относится к размеру частиц микрометрического диапазона, например к частицам размером от 0,1 до 100 мкм. Микроизмельченные частицы могут быть получены способами, основанными на трении, например мелком дроблении и размоле либо во влажном, либо в сухом состоянии. Однако также возможно получать микроизмельченные частицы любым другим пригодным способом, например, путем осаждения, быстрого расширения сверхкритических растворов, сушки распылением, сортировки или разделения на фракции встречающихся в природе песков или иловой глины, фильтрации воды, золь-гель технологии, синтеза из аэрозольных реагентов, синтеза в пламени или жидкопенного синтеза.

Во всем настоящем документе «размер частиц» продукта - карбоната кальция - описан посредством его гранулометрического состава. Величина d_x отражает диаметр, относительно которого х% вес. частиц имеют диаметр менее d_x. Это означает, что величина d₂₀ представляет собой размер частиц, при котором 20% вес. всех частиц имеют диаметр менее указанного, и величина d₇₅ представляет собой размер частиц, при котором 75% вес. всех частиц имеют диаметр менее указанного. Таким образом, величина d₅₀ представляет собой весовой медианный размер частиц, т.е. 50% вес. всех частиц больше или меньше указанного размера. В целях настоящего изобретения размер частиц указан как весовой медианный размер частиц d₅₀, если не указано иное. Для определения величины весового медианного размера частиц d₅₀ для частиц с d₅₀ более 0,5 мкм может быть использовано устройство Sedigraph 5100 от компании , США.

«Осажденный карбонат кальция» (precipitated calcium carbonate - РСС) в контексте настоящего изобретения означает синтезированный материал, вообще, полученный путем осаждения по реакции диоксида углерода и извести в водной среде или путем осаждения кальция и источника карбоната в воде или путем осаждения из раствора ионов кальция и карбонат-ионов, например, CaCl₂ и Na₂CO₃. Осажденный карбонат кальция существует в трех основных кристаллических формах: кальцит, арагонит и ватерит, также имеется множество полиморфных модификаций (характерных форм кристаллизации) для каждой из этих кристаллических форм. Кальцит имеет тригональную структуру с такими характерными формами кристаллизации, как скаленоэдрическая (S-PCC), ромбоэдрическая (R-PCC), гексагональная призматическая, пинакоидальная, коллоидная (С-РСС), кубическая и призматическая (Р-РСС). Арагонит имеет орторомбическую структуру с такими характерными формами кристаллизации, как сдвоенные гексагональные призматические кристаллы, а также разнообразный ассортимент тонких удлиненных призматических, искривленных плосковытянутых, острых пирамидальных, остроконечных кристаллов, форм ветвящегося дерева, коралла или червеобразных форм.

«Модифицированный карбонат кальция» в контексте настоящего изобретения означает прореагировавший на поверхности природный карбонат кальция, который получен способом, в соответствии с которым природный карбонат кальция вступает в реакцию с одной или несколькими кислотами с рК_а при 25°С 2,5 или менее и с газообразным CO₂, образующемся на месте и/или поступающим из внешнего источника и необязательно в присутствии, по меньшей мере, одного силиката алюминия и/или, по меньшей мере, одного синтетического диоксида кремния и/или, по меньшей мере, одного силиката кальция и/или, по меньшей мере, одного силиката в форме одновалентной соли, такой как силикат натрия и/или силикат калия и/или силикат лития, и/или по меньшей мере, одного гидроксида алюминия и/или, по меньшей мере, одного силиката натрия и/или калия. Дополнительные подробности в отношении приготовления прореагировавшего на поверхности природного карбоната кальция описаны в WO 00/39222 и US 2004/0020410 А1, содержание которых путем ссылки включается в данную патентную заявку.

Термин «реминерализация» в контексте настоящего изобретения означает восстановление содержания минералов в воде, не содержащей минералов вовсе или в достаточном количестве для получения приятной на вкус воды. Реминерализация может быть проведена путем добавления в подлежащую обработке воду, по меньшей мере, карбоната кальция. Необязательно, например, из-за пользы для здоровья или для обеспечения надлежащего потребления некоторых жизненно необходимых минералов и микроэлементов, с карбонатом кальция могут быть смешаны дополнительные вещества, после чего добавлены в воду в процессе реминерализации. В соответствии с национальным законодательством в отношении здоровья человека и качества питьевой воды реминерализованный продукт может содержать дополнительные минералы, включающие магний, калий или натрий, например карбонат магния, сульфат магния, гидрокарбонат калия, гидрокарбонат натрия или другие минералы, содержащие жизненно необходимые микроэлементы.

В целях настоящего изобретения «суспензия» содержит нерастворимую твердую фазу и воду, а также необязательно добавки и обычно содержит большое количество твердой фазы и, таким образом, является более вязкой и, вообще, характеризуется большей плотностью, чем жидкость, из которой она образована.

Термин «общая концентрация растворенных твердых веществ» (TDS), используемый в контексте настоящего изобретения, является мерой общего содержания всех неорганических и органических веществ, присутствующих в жидкости в молекулярной, ионизированной или микрогранулированной (коллоидный золь) суспендированной форме. Как правило, рабочее определение состоит в том, что твердая фаза должна быть достаточно мелкой для того, чтобы выдерживать фильтрацию через сито размером два микрометра. Общая концентрация растворенных твердых веществ может быть установлена при помощи кондуктометра и выражена в мг/л.

«Мутность» в контексте настоящего изобретения описывает непрозрачность или замутненность текучей среды, вызванную отдельными частицами (суспендированной твердой фазы), которые, как правило, не различимы невооруженным глазом. Измерение мутности является ключевым испытанием качества воды и может быть осуществлено при помощи нефелометра. Единицами мутности, получаемыми посредством калиброванного нефелометра, в контексте настоящего изобретения являются нефелометрические единицы мутности (NTU).

Изобретенный способ реминерализации воды включает стадии (а) обеспечения подаваемой воды с концентрацией диоксида углерода, по меньшей мере, 20 мг/л, предпочтительно в диапазоне от 25 до 100 мг/л, более предпочтительно в диапазоне от 30 до 60 мг/л, (b) обеспечения водной суспензии, содержащей микроизмельченный карбонат кальция, и (с) соединения подаваемой воды стадии (а) и водной суспензии стадии (b) с целью получения реминерализованной воды.

Подаваемая вода, подлежащая использованию в соответствии с изобретенным способом, может поступать из различных источников. Подаваемая вода, предпочтительно подвергаемая обработке способом настоящего изобретения, представляет собой деминерализованную морскую воду, слабоминерализованную воду или минерализованную воду, обработанные сточные воды или природную воду, такую как грунтовые воды, поверхностные воды или дождевую воду, более предпочтительно деминерализованную морскую воду, слабоминерализованную воду или минерализованную воду, обработанные сточные воды или грунтовые воды.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения подаваемая вода может быть подвергнута предварительной обработке. Предварительная обработка может быть необходима, например, в том случае, когда подаваемая вода представляет собой поверхностные воды, грунтовые воды или дождевую воду. Например, для достижения норм, установленных для питьевой воды, воду необходимо обработать при помощи химических или физических способов с целью удаления загрязняющих примесей, таких как органика и нежелательные минералы. Например, в качестве первой стадии предварительной обработки может быть применено озонирование, за которым следует коагуляция, флоккуляция или декантация в качестве второй стадии обработки. Например, соли железа (III), такие как FeClSO₄ или FeCl₃, или соли алюминия, такие как AlCl₃, Al₂(SO₄)₃ или полиалюминий, могут быть использованы в качестве флоккулирующих агентов. Флокулированные материалы могут быть удалены из подаваемой воды, например, при помощи песчаных фильтров или многослойных фильтров. Другие способы очистки воды, которые могут быть использованы для предварительной обработки подаваемой воды, описаны, например, в ЕР 1975310, ЕР 1982759, ЕР 1974807 или ЕР 1974806.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления настоящего изобретения морскую воду или слабоминерализованную воду сначала подают насосом из моря путем забора в открытом океане или подземного забора, например, через скважины, после чего подвергают физической обработке, такой как пропускание через сито, отстаивание или удаление песка. В зависимости от требующегося качества воды может оказаться необходимым проведение дополнительных стадий обработки, такой как коагуляция и флоккуляция, чтобы снизить потенциал засорения мембран. Прошедшая предварительную обработку морская вода или слабоминерализованная вода затем может быть подвергнута дистилляции, например, при помощи многостадийного мгновенного испарения, многократной дистилляции, или мембранной фильтрации, такой как ультрафильтрация или обратный осмос, с целью удаления оставшихся частиц и растворенных веществ.

Реминерализацию подаваемой воды вызывают путем соединения подаваемой воды, имеющей концентрацию диоксида углерода, по меньшей мере, 20 мг/л, предпочтительно в диапазоне от 25 до 100 мг/л, более предпочтительно в диапазоне от 30 до 60 мг/л, с водной суспензией, содержащей микроизмельченный карбонат кальция. Соединение подаваемой воды и водной суспензии может быть осуществлено известными специалистам в данной области способами, например, путем введения водной суспензии, содержащей микроизмельченный карбонат кальция, в подаваемую воду.

Водная суспензия, соединяемая с подаваемой водой, содержит микроизмельченный карбонат кальция. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 0,05 до 40% вес., от 1 до 25% вес., от 2 до 20% вес., от 3 до 15% вес. или от 5 до 10% вес. относительно общего веса суспензии. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения концентрация карбоната кальция в суспензии составляет от 10 до 40% вес., от 15 до 30% вес. или от 20 до 25% вес. относительно общего веса суспензии.

Микроизмельченный карбонат кальция характеризуется размером частиц микрометрового диапазона. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения микроизмельченный карбонат кальция характеризуется размером частиц от 0,1 до 100 мкм, от 0,5 до 50 мкм, от 1 до 15 мкм, от 2 до 10 мкм или от 3 до 5 мкм; или карбонат кальция характеризуется размером частиц от 1 до 50 мкм, от 2 до 20 мкм, предпочтительно от 5 до 15 мкм, наиболее предпочтительно от 8 до 12 мкм.

Примерами пригодного карбоната кальция являются молотый карбонат кальция, модифицированный карбонат кальция или осажденный карбонат кальция или их смесь. Природный молотый карбонат кальция (GCC) может представлять собой, например, один или несколько видов мрамора, известняк, мел и/или доломит. Осажденный карбонат кальция (РСС) может представлять собой, например, один или несколько видов арагонитных, ватеритных и/или кальцитных минералогических кристаллических форм. Арагонит, как правило, имеет игольчатую форму, тогда как ватерит принадлежит к гексагональной кристаллической системе. Кальцит может иметь скаленоэдрическую, призматическую, сферическую и ромбоэдрическую форму. Модифицированный карбонат кальция может представлять собой природный молотый или осажденный карбонат кальция с модифицированной поверхностью и/или внутренней структурой, например, карбонат кальция может быть подвергнут обработке или нанесению покрытия из гидрофобных агентов, например алифатической карбоновой кислоты или силоксана. Карбонат кальция может быть подвергнут обработке или нанесению покрытия с целью придания катионной или анионной активности, например, с использованием полиакрилата или полидиаллилдиметиламмоний хлорида.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения микроизмельченный карбонат кальция представляет собой молотый карбонат кальция (GCC). В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения микроизмельченный карбонат кальция представляет собой молотый карбонат кальция с размером частиц от 3 до 5 мкм или от 8 до 12 мкм.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения микроизмельченный карбонат кальция характеризуется содержанием веществ, нерастворимых в HCl, от 0,02 до 2,5% вес., 0,05 до 1,5% вес. или 0,1 до 0,6% вес. относительно общего веса микроизмельченного карбоната кальция. Предпочтительно содержание веществ, нерастворимых в HCl, в микроизмельченном карбонате кальция не превышает 0,6% вес. относительно общего веса микроизмельченного карбоната кальция. Вещества, нерастворимые в HCl, могут быть, например, минералами, такими как кварц, силикат или слюда.

Дополнительно к микроизмельченному карбонату кальция суспензия может содержать другие микроизмельченные минералы. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения суспензия может содержать микроизмельченный карбонат магния, карбонат кальция-магния, например доломитовый известняк, известковый доломит, доломит или полуобожженный доломит; оксид магния, такой как обожженный доломит, сульфат магния, гидрокарбонат калия, гидрокарбонат натрия или другие минералы, содержащие жизненно необходимые микроэлементы.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения суспензия является свежеприготовленной путем смешивания воды и микроизмельченного карбоната кальция. Приготовление суспензии на месте использования может быть предпочтительным, так как предварительно смешанные суспензии могут требовать добавления дополнительных агентов, таких как стабилизаторы или биоциды, которые могут представлять собой нежелательные для реминерализованной воды соединения. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии достаточно короток для того, чтобы избежать размножения бактерий в суспензии. В соответствии с одним из примерных вариантов осуществления изобретения период времени между приготовлением суспензии и введением суспензии составляет менее 48 часов, менее 24 часов, менее 12 часов, менее 5 часов, менее 2 часов или менее 1 часа. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения вводимая суспензия соответствует требованиям в отношении микробиологического качества, установленным национальным законодательством для питьевой воды.

Суспензия может быть приготовлена, например, при помощи мешалки, такой как механическая мешалка для разбавленных суспензий, или специального жидкостно-порошкового смесительного устройства для более концентрированных суспензий. В зависимости от концентрации подготавливаемой суспензии, время перемешивания может составлять от 0,5 до 30 мин, от 1 до 20 мин, от 2 до 10 мин или от 3 до 5 мин. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения суспензию готовят, используя смесительную машину, при этом смесительная машина обеспечивает одновременное перемешивание и дозирование суспензии.

Вода, используемая для приготовления суспензии, может быть, например, дистиллированной водой, подаваемой водой или водой для промышленного потребления.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения суспензию, содержащую микроизмельченный карбонат кальция, вводят непосредственно в поток подаваемой воды. Например, суспензия может быть введена в поток подаваемой воды с регулируемым расходом при помощи насоса, сообщающегося с резервуаром для хранения суспензии. Предпочтительно суспензи