СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА Российский патент 1998 года по МПК C02F1/64 

Изобретение относится к способам очистки воды через зернистую загрузку и может найти применение для очистки подземных вод от железа и марганца.

Известен способ очистки воды от железа и марганца путем последовательного фильтрования через зернистый фильтр первый и второй ступени в направлении снизу вверх на первой ступени и сверху вниз на второй ступени с аэрацией исходной воды на дегазаторе вентиляторного типа с хордовой насадкой перед первой ступенью (см. Новиков В.К. Михайлова Э.М. Методы очистки природных вод от соединений марганца, железа и других загрязняющих веществ: Обзорная информация. -М. Институт экономики жилищно-коммунального хозяйства АКХ им. К.Д.Памфилова, 1990, 52 с).

Недостатком указанного способа является недостаточная степень очистки от марганца на второй ступени. После насыщения воды кислородом воздуха в аэрационно-барботажном дегазаторе вода поступает на первую ступень фильтра, где и происходит осаждение основной массы железа. При этом основная часть растворенного кислорода вступает во взаимодействие с загрязняющими веществами также на первой ступени фильтра. На вторую ступень поступает вода с незначительным содержанием железа, растворенного кислорода и остаточным загрязнением в виде ионов марганца. Недостаточное содержание растворенного кислорода в воде затрудняет очистку воды от марганца на второй ступени. Этим снижается производительность (из-за необходимости уменьшения скорости фильтрования на второй ступени) и глубина очистки (из-за нехватки растворенного кислорода) воды.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ очистки воды с использованием озона (см. Технология очистки природных вод от трудноудаляемых органических и неорганических соединений для хозяйственно-питьевого водоснабжения (Новиков В.К. Шамонаев Ш.Ш. Гаязов Р.Г.). Интенсификация работы и повышение эффективности и надежности сооружений для очистки природных вод: Сб. науч. тр, (АКХ им. К.Д.Памфилова, М. 1987, с. 12-18), заключающийся в следующем. Вода, поступающая на установку, разделяется на два потока, один из которых озонируется. Далее в трубчатом смесителе производится смещение обоих потоков. Затем весь объем воды очищается от окисленных соединений железа и марганца с помощью фильтрования в направлении сверху вниз на двух последовательно расположенных скорых фильтрах, загруженных зернистой загрузкой.

Недостатком указанного способа является высокий расход озона ввиду того, что озон используется как для окисления марганца, так и для наиболее легко вступающего в реакцию окисления двухвалентного железа. Кроме того, при одновременном присутствии в воде в достаточно больших количествах соединений железа и марганца, двухвалентное железо, окисляясь в первую очередь с образованием мелкодисперсной агрегативно-устойчивой взвеси, так же, как и окисление формы марганца, катализуется распад озона, увеличивая тем самым его дозу.

В основу предлагаемого изобретения положена задача уменьшить расход озона и тем самым снизить себестоимость очистки воды. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе очистки подземных вод от железа и марганца, включающем озонирование и последовательное двухступенчатое фильтрование через зернистую загрузку с подачей воды снизу вверх на первой ступени и сверху вниз на второй ступени, перед первой ступенью вода подвергается упрощенной аэрации, а озонирование осуществляют перед второй ступенью фильтра в количестве 3,5 5,5 мг/дм³, причем диаметр зернистой загрузки составляет на первой ступени 1,25 2,5 мм, на второй ступени 0,63 1,25 мм.

Благодаря упрощенной аэрации и восходящему направлению движения воды на первой ступени фильтра задерживается основная часть растворенного в воде железа (около 75%). Процесс обезжелезивания на первой ступени идет до тех пор, пока не израсходуется весь растворенный в воде кислород. При вводе озота перед второй ступенью фильтра в верхней части ее слоя загрузки происходит окисление и гидролиз остатков железа; после чего создаются необходимые физико-химические условия для очистки воды от марганца.

Пример. Испытания проводятся на установке, состоящей из двух фильтровальных колонок с внутренним диаметром 90 мм и высотой 1500 мм каждая. Фильтровальные колонки были загружены гранодиоритовым песком. Высота слоя загрузки первой ступени равна 1,4 м; второй ступени 0,70 м. На первой паре фильтровальных колонок моделировался процесс очистки по предлагаемому способу; на второй согласно прототипу. Исходная вода имеет следующий качественный состав: содержание железа 18 мг/л; марганца 1,9 мг/л; pH 7. Скорость фильтрации равна 7 м/ч.

Испытания проводят при следующих параметрах.

Диаметр фильтрующей загрузки:
по предлагаемому способу на фильтре первой ступени 0,63 1,25, 1,25 - 2,5, 2,5 3,5 мм; на фильтре второй ступени 0,3 0,63, 0,63 1,25, 1,25 - 2,5 мм;
по эталонному способу на фильтрах первой и второй ступени 0,5 2,0 мм.

Доза озона:
по предлагаемому способу перед фильтром второй ступени 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5 6 мг/л;
по эталонному способу перед фильтром первой ступени 6 мг/л.

Направление движения воды:
по предлагаемому способу на фильтре первой ступени снизу вверх; на фильтре второй ступени сверху-вниз;
по эталонному способу на фильтре первой и второй ступени сверху вниз.

Критерием технологической эффективности способов очистки воды служит: доза озона и количество очищенной до требований ГОСТ 2873/74 "Вода питьевая" по железу и марганцу за фильтроцикл воды.

Результаты испытаний представлены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 2 следует, что в случае очистки воды до требований ГОСТ 2873-74 "Вода питьевая" по способу в соответствии с прототипом требуемая доза озона значительно превышает количество озона по предлагаемому способу.

При очистке воды по предлагаемому способу требуемая степень очистки достигается при диаметре загрузки первой ступени не более 2,5 мм; второй ступени не более 1,25 мм (см. табл. 1). Чем меньше диаметр загрузки, тем больше площадь поверхности загрузки и, соответственно, интенсивнее идет процесс осаждения ионов железа и марганца. Если использовать загрузку крупностью менее 1,25 мм на первой ступени и менее 0,63 мм на второй ступени, качество очищенной воды выше, однако количество очищенной за фильтроцикл воды резко уменьшается. Это объясняется тем, что из-за малого объема межзернистого пространства проходит интенсивное образование поверхности зерен загрузки соединениями железа и марганца и быстрый прирост потерь напора. Окисленные и гидратированные ионы железа и марганца осаждаются на поверхности загрузки и быстро кольматируют ее, повышая гидравлическое сопротивление; что, в свою очередь, снижает количество очищенной за фильтроцикл воды. Для загрузки диаметром 1,25 2,5 мм на первой ступени и 0,63 1,25 мм на второй ступени минимально необходимая доза озона составляет 3,5 мг/л (см. табл. 1). При уменьшении дозы озона качество очищенной воды не удовлетворяет требованиям ГОСТ 2873-74 "Вода питьевая" по марганцу. С увеличением дозы озона более 5,5 мг/л наблюдается незначительное количества очищенной воды, что экономически не оправдано из-за перерасхода озона.

Исходная вода, подвергаясь предварительной упрощенной аэрации, поступает на первую ступень фильтра двухступенчатой очистки, и фильтруется в направлении снизу вверх. Так как количество растворенного в воде кислорода при упрощенной аэрации не превышает 7,5 мг/л [1] и его количества недостаточно для полного окисления и гидролиза ионов железа и марганца, в реакцию вступает двухвалентное железо, как наиболее легко окисляемый элемент по сравнению с марганцем. Таким образом, в толще загрузки первой ступени фильтра задерживается 70 80% исходного содержания железа, что подвергается экспериментальными данными (см. табл. 1). После первой ступени фильтра вода, содержащая 20-30% исходного железа и марганец, насыщается озоном и поступает на вторую ступень фильтра, где фильтруется в направлении сверху вниз [2] Процесс доочистки на второй ступени фильтра идет двумя сорбционными фронтами: железа и марганца [3]
Источники информации.

1. Станкявичус В.И. Обезжелезивание воды фильтрованием (Основы теории и расчет установок), Вильнюс: Мокслас, 1978, 120 с.

2. Михайлюк Л.Г. Исследование и разработка рациональных схем обеззараживания подземных вод. Дис. канд.техн.наук, Таллин, 1977, 177 с.

3. Назаров А.И. Николадзе Г.И. Викулина В.Б. Повышение надежности работы фильтров при извлечении из воды примесей различного химического состава. В кн. Обеспечение надежности систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. М. Знание, 1989, 134 с, с. 101-240.

Использование: очистка подземных вод от железа и марганца. Сущность изобретения: очистка подземных вод от железа и марганца включает последовательное двухступенчатое фильтрование через зернистую загрузку с подачей воды на первой ступени снизу-вверх, а на второй ступени сверху-вниз, причем перед первой ступенью воду подвергают упрощенной аэрации, а перед второй ступенью осуществляют озонирование в количестве 3,5 - 5,5 мг/дм³. Диаметр зернистой загрузки составляет на первой ступени 1,25 - 2,5 мм, на второй ступени 0,63 - 1,25 мм. Согласно изобретению уменьшается расход озона и снижается себестоимость очистки воды. 2 табл.

Способ очистки подземных вод от железа и марганца, включающий озонирование и последовательное двухступенчатое фильтрование через зернистую загрузку с подачей воды снизу вверх на первой ступени и сверху вниз на второй ступени, отличающийся тем, что перед подачей воды на первую ступень она подвергается упрощенной аэрации, а озонирование осуществляется перед второй ступенью фильтра в количестве 3,5 5,5 мг/дм³, причем диаметр пористой загрузки первой ступени фильтра составляет 1,25 2,5 мм, второй ступени 0,63 1,25 мм.