СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЖЕЛЕЗА Российский патент 1997 года по МПК C02F1/64 

Изобретение относится к очистке подземных вод от железа и может найти применение в системах хозяйственно-бытового водоснабжения.

Известен способ очистки подземных вод от железа, включающий аэрирование на градирне, окисление закисного железа в контактном резервуаре и удаление гидроокиси железа фильтрованием (Кастальский А.А. Минц Д.М. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. М. Высшая школа, 1962, с. 500).

Недостатком способа являются сложность технологической схемы, громоздкость оборудования, высокие капитальные вложения, затруднительность использования в северных районах.

Известен метод упрощенной аэрации и фильтрования воды (Золотова Е.Ф. Аес Г. Ю. Очистка воды от железа, фтора, марганца и сероводорода. М. Стройиздат, 1975, глава 3), включающий аэрацию воды разбрызгиванием или изливом на открытую поверхность и фильтрацию ее в объемном фильтре. В этом фильтре практически одновременно происходят два процесса. Во-первых, идет реакция окисления растворенного в воде двухвалентного железа растворенным в воде кислородом воздуха с образованием нерастворимой в воде взвеси гидроокиси железа. Во-вторых, происходит задержание образовавшейся гидроокиси железа в толще фильтрующей загрузки. Но при прохождении аэрированной воды через фильтр на поверхностях зерен фильтра и задержанных фильтром механических примесей образуется трудносмываемая номинальным расходом воды пленка соединений железа, которая существенно ускоряет процесс окисления железа, т.е. оказывает каталитическое влияние. При проектировании объемных фильтров фактор каталитического ускорения процесса окисления железа учитывается, а продолжительность фильтроцикла закладывают, как правило, 12-24 ч.

К недостаткам способа следует отнести снижение эффективности работы фильтра в первое время после проведения его регенерации обратным током воды увеличенного расхода из-за выноса из фильтра мелких частиц с образовавшейся на их поверхностях каталитической пленки, что требует проектировать фильтры увеличенных размеров, т.е. более громоздкие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки подземных вод от железа аэрированием с последующим фильтрованием через двухслойную загрузку (авт.св. N 1058898 A, SV, кл. C 02 F 1/64, заявка 3469524/23-26 от 12.07.82 г. опубл. 07.12.83 г. бюл. N 45).

Первый слой загрузки по ходу воды выполнен крупными гранулами, второй слой из менее крупных гранул. Назначение первого слоя заключается в обеспечении частичного процесса автокаталитического окисления двухвалентного железа до гидроокиси железа, а второго мелкозернистого слоя в завершении процесса перевода двухвалентного железа в гидроокись железа и фильтрации воды от гидроокиси. Размер гранул крупнозернистого слоя выбран из условия беспрепятственного прохода через него частиц гидроокиси железа при промывке мелкозернистого слоя обратным током воды. Размер гранул мелкозернистого слоя и толщина этого слоя выбраны из условия полной очистки воды от гидроокиси железа при оптимальном фильтроцикле. Неизменность расположения слоев загрузки по ходу очищаемой воды обеспечивают размещением всего объема мелкозернистой загрузки в части межпорового пространства крупнозернистой загрузки.

Недостатками способа являются.

Громоздкость первого крупнозернистого слоя фильтра, поскольку поставленная перед ним вторая задача не задерживать частицы гидроокиси железа при регенерации фильтра обратным током воды, приводит к нежелательному уменьшению величины удельной поверхности этого слоя. Поскольку известно, что окисление двухвалентного железа происходит быстро не в объеме воды, а на поверхностях гранул, покрытых пленкой соединений железа, играющей роль катализатора процесса окисления, т.е. чем больше размер гранул, тем меньше их поверхность в единице объема, и тем пропорционально больший объем этого слоя необходим для автокаталитического окисления железа в прокачиваемой воде.

Громоздкость второго мелкозернистого слоя фильтра, т.к. наличие в его объеме крупнозернистых гранул первого слоя резко снижает такой важный показатель любого фильтра, как пористость. Чем ниже пористость фильтра, тем пропорционально больше его объем.

Снижение эффективности работы фильтра после промывки его обратным током воды, т. к. при регенерации фильтра происходит удаление из него уловленных частиц гидроокиси железа и других задержанных механических примесей, а также измельчившихся в процессе эксплуатации гранул мелкозернистого слоя. Но вместе с частицами из фильтра удаляется и находящаяся на их поверхностях каталитическая пленка соединений железа, т.е. в отрегенерированном фильтре уменьшается суммарная рабочая поверхность каталитической пленки, что приводит к кратковременному (0,5-2 ч) снижению эффективности работы отрегенерированного фильтра из-за проскока через него неокисленного двухвалентного железа. Это кратковременное снижение начального расхода воды на очистку или кратковременный слив некондиционной воды после фильтра в шлакоотстойник для промывочных вод. Возможно также пропорционально увеличить объем мелкозернистого фильтрующего слоя для компенсации вышеуказанного эффекта.

С целью уменьшения громоздкости оборудования для очистки воды от железа фильтрующие слои выполняют раздельными.

Первый по ходу воды крупнозернистый фильтр (предфильтр) обеспечивает полное автокаталитическое окисление растворенного в воде двухвалентного железа до нерастворимой в воде гидроокиси железа, но не обеспечивает удержание образовавшейся гидроокиси. Это позволяет исключить или сделать редкими операции по промывке крупнозернистого слоя обратным током воды. Измененное, по сравнению с прототипом, назначение крупнозернистого слоя (предфильтра) позволяет снизить крупность гранул слоя до 7-10 мм. Это увеличивает площадь поверхности гранул в единице объема слоя, что позволяет уменьшить его объем, т. е. снизить громоздкость предфильтра. Исключение необходимости регенерировать предфильтр обратным током воды позволяет избежать кратковременных снижений эффективности его работы. Это позволяет также отказаться от резервных объемов загрузки предфильтра, т.е. также снижает его громоздкость.

Второй по ходу воды мелкозернистый слой фильтра обеспечивает полную очистку воды от образовавшейся в предфильтре гидроокиси железа. Поскольку с мелкозернистого фильтра снята задача по доокислению двухвалентного железа, то это позволяет существенно снизить объем мелкозернистого фильтра и довести его по толщине, например, до нескольких миллиметров. Но одно условие должно выполняться мелкозернистый фильтр должен улавливать частицы гидроокиси, размер которых в начальный момент не превышает 10-15 мкм. Мелкозернистый фильтр по мере забития подвергается периодическим промывкам обратным током воды от накопленной гидроокиси железа, но в новых условиях работы эта операция не приводит к последующему кратковременному снижению эффективности работы фильтра.

Разделение крупнозернистого и мелкозернистого слоев фильтра на предфильтр и собственно фильтр позволяет разместить между ними коагулятор, укрупнять в нем частицы гидроокиси железа и использовать для задержания в фильтре более крупных частиц таких доступных и малогабаритных материалов, как металлические сетки и другие тканые и нетканые материалы. Такая возможность также позволяет уменьшить громоздкость системы очистки воды от железа.

Способ очистки подземных вод от железа осуществляют следующим образом.

Воду из скважин смешивают с воздухом в смесителе. Подачу воздуха осуществляют или от воздушного компрессора, или за счет эжекции его водой непосредственно из атмосферы. Объемный расход воздуха на смеситель не более 5-10 от расхода воды. Смесь воды с воздухом подают на предфильтр-окислитель с крупнозернистой (7-10 мм) объемной загрузкой (дробленый керамзит, антрацит, фарфор, керамика и т.п. твердые, нерастворимые в воде и разрешенные СЭС к использованию материалы). В предфильтре происходит автокаталитический процесс окисления двухвалентного растворенного в воде железа до нерастворимой в воде гидроокиси железа. Толщину фильтрующего слоя, скорость прохождения воды через слой выбирают из условия минимизации осаждения в нем гидроокиси железа. Эти величины существенно зависят от показателей качества конкретной воды.

Пример. Для предфильтра с высотой фильтрующего слоя 1 м, крупностью гранул 7-10 мм скорость прохождения воды через слой при полном окислении двухвалентного железа составила: для г. Димитровограда, Средняя Волга 25 м/ч, для г. Ноябрьска, Тюменская обл. 7-10 м/ч.

Смесь воды, воздуха и гидроокиси железа из предфильтра направляют на фильтр тонкой очистки (пористые керамика, металлокерамика, полимерные материалы), где происходит отделение от воды взвешенной гидроокиси железа крупностью выше 10 мкм. Удержанную на фильтре гидроокись железа периодически, 1-2 раза в сутки, смывают обратным ходом чистой воды в шламоотстойники.

При наличии в схеме очистки воды коагулятора, смесь воды и гидроокиси железа из предфильтра направляют на коагулятор, например, гидродинамический, где происходит укрупнение частиц гидроокиси железа, а затем на фильтр тонкой очистки (например, из металлической сетки тканной N 300 по ТУ 14-4-742-76, предназначенной для очистки питьевых и сточных вод), где происходит отделение от воды взвешенной гидроокиси железа крупностью выше 60 мкм. Применение более грубых фильтров (тканых металлических, синтетических, хлопчатобумажных и шерстяных) увеличивает фильтрацию, снижает стоимость и громоздкость установки очистки воды.

Применение предлагаемого способа позволяет создать для очистки воды герметичную напорную схему с малогабаритным производительным оборудованием.

Использование: для очистки подземных вод от железа. Сущность изобретения: способ очистки подземных вод от железа аэрированием с последующим фильтрованием через два слоя фильтрующего материала. Фильтрующие слои разделены между собой, при этом в первом фильтрующем слое происходит окисление железа до гидроксида, а во втором фильтрующем слое - удержание образовавшегося гидроксида железа. Между фильтрующими слоями размещен коагулятор для укрупнения частиц гидроксида железа. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ очистки подземных вод от железа аэрированием с последующим фильтрованием через два слоя фильтрующего материала, отличающийся тем, что фильтрующие слои разделены между собой, при этом в первом фильтрующем слое происходит окислением железа до гидроксида, а во втором филтьрующем слое - удержание образовавшегося гидроксида железа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между фильтрующими слоями размещен коагулятор для укрупнения частиц гидроксида железа.