СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЖЕЛЕЗА Российский патент 2002 года по МПК C02F1/64 C02F103/06 

Изобретение относится к способам очистки подземных вод от железа и может быть использовано при очистке воды для нужд питьевого и производственного водоснабжения.

Известен способ очистки воды от железа методом глубокой аэрации перед поступлением ее в контактный резервуар, окислении кислородом воздуха растворимого 2-х валентного железа до 3-х валентного и фильтрации образовавшегося осадка гидроокиси железа на осветлительных фильтрах[1].

Недостатками данного способа являются низкая скорость процесса окисления железа, особенно в присутствии растворенного углекислого газа, необходимость использования для его отдувки крупногабаритных аэрационных установок и большие энергозатраты.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ очистки воды от железа, включающий вакуумирование воды, смешение ее с воздухом при атмосферном давлении, обработку в контактном резервуаре, фильтрацию с постоянной циркуляцией части воды для смешения с диспергированными пузырьками воздуха при расчетном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения[2].

Недостатками известного способа являются: проведение процесса очистки воды под давлением водовоздушной смеси, т.к. радиус диспергированных пузырьков воздуха должен быть минимальным, необходимость иметь большую удельную поверхность и достаточное время контакта фаз, малоэффективность удаления растворенных газов (СО₂, H₂S) из воды в вакуумной зоне конфузора. В приведенном примере при диаметре пузырька 1 мм поверхность контакта фаз должна составлять около 300 м²/м³ воды. Использование же эжектора для насыщения воды воздухом даже при наличии диспергатора не дает такой поверхности контакта, а повышение давления водовоздушной смеси при эжектировании атмосферного воздуха без компрессора не может превышать 1,5 ата. Требуются дополнительные, капитальные и эксплутационные затраты на компрессор.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является интенсификация процесса окисления железа, повышение производительности, упрощение схемы очистки воды, снижение энергозатрат в 1,5 раза и простота схемы управления процессом.

Технический результат данного способа достигается за счет увеличения удельной поверхности контакта фаз, достигаемого на специальной насадке с большой геометрической поверхностью, увеличения скорости окисления, исключения из схемы конфузора для создания вакуумной зоны и диспергатора воздуха.

Сущность способа очистки воды от железа заключается в прохождении исходной воды через разбрызгиватель на насадку, контактировании ее с водовоздушной смесью, подаваемой противотоком циркуляционным насосом через эжектор, и отдувки воздухом растворенных в воде газов на насадку с одновременным насыщением ее кислородом.

На чертеже изображена схема установки для реализации предлагаемого способа очистки воды от железа. Установка состоит из колонны 1 с насадкой 2 и разбрызгивателем 3, резервуара 4 с водой, циркуляционного контура, включающего эжектор 5, вентили 6 и 7, насос 8, и фильтра 9.

Способ осуществляется следующим образом. Исходная вода через разбрызгиватель 3 подается в колонну 1 на слой насадки 2 с большой удельной поверхностью. Противотоком исходной воде в колонну 1 через эжектор 5 с циркулирующей водой, подаваемой насосом 8 из резервуара 4, поступает воздух. Изменение циркуляционного потока воды, представляющего водовоздушную смесь, объем которой равен или в 2-3 раза превышает объем потока исходной воды, позволяет устанавливать требуемое соотношение "вода-воздух", заданное в зависимости от концентрации железа, и время контакта фаз. Выделяемый при сепарации из циркуляционного потока воздух взаимодействует с исходной водой на поверхности верхних слоев насадки 2 и вытесняет растворенные в ней газы, препятствующие окислению железа (углекислый газ, сероводород и др.), одновременно насыщая воду кислородом. На окисление 1 мг двухвалентного железа требуется 0,7 мг кислорода [1]. На поверхности средних и нижних слоев насадки 2 происходит интенсивное окисление двухвалентного железа в нерастворимое трехвалентное, которое с потоком воды поступает в резервуар 4, откуда вода насосом 8 возвращается в колонну 1. Часть ее потока, равная потоку исходной воды, через вентиль 7 подается в фильтр 9 и далее к потребителю.

При различных видах насадки удельная поверхность контакта фаз имеет разную величину. Например, при загрузке насадки из керамических колец Рашига (15•2 мм) создается необходимая для эффективного растворения воздуха и отдувки растворенных в воде газов, удельная поверхность контакта фаз Fуд=300 м²/м³. При загрузке спирально-проволочной насадкой, удельная поверхность которой достигает 2200 м²/м³, объем контактной колонны и ее высота соответственно уменьшаются, и необходимое насыщение воды воздухом достигается при высоте контактной части 0,5-2 м. При абсорбции газа жидкостью известно основное уравнение массопередачи:
М=К•F•ΔC,
где М - масса газа (воздуха), абсорбированная жидкостью (водой) за единицу времени, кг/ч;
К - коэффициент абсорбции, м/ч;
F - площадь поверхности контакта фаз, м³;
ΔC- - движущая сила процесса абсорбции, выражаемая разностью концентраций газа в жидкости при полном ее насыщении, и текущей величиной, кг/м³.

Из уравнения следует, что при постоянных К и ΔC количество растворенного в единицу времени воздуха прямо пропорционально величине поверхности контакта фаз. При изменении высоты контактной части со спирально-проволочной насадкой от 0,5 до 2 м, поверхность контакта F в колонне диаметром 300 мм изменяется в пределах от 78 до 310 м² (F = Fуд•Vн = 2200 м²/м³•0,035 м³ = 77,7 м²). Для обеспечения такой поверхности на керамических кольцах Рашига высота колонны должна быть от 3,5 до 14 м соответственно, а в заявленном решении с использованием спирально-проволочной насадки - менее 1 метра.

Таким образом, изобретение является новым, т.к. оно имеет изобретательский уровень потому, что оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Технический результат настоящего изобретения состоит в интенсификации процесса окисления железа, повышении пропускной способности колонны, упрощении схемы очистки воды и управления процессом.

Источники информации
1. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М, Стройиздат, 1978 г., с.26.

2. Патент РФ 2119892, М.Кл.6 C 02 F 1/64, 1993 г. - прототип.

Изобретение относится к области хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения и может быть использовано для очистки подземных вод от железа. Способ основан на очистке воды путем прохождения ее через разбрызгиватель на насадку, контактировании с водовоздушной смесью, подаваемой противотоком циркуляционным насосом через эжектор, и отдувки воздухом растворенных в исходной воде газов с одновременным насыщением ее кислородом, причем объем водовоздушной смеси равен или в 2-3 раза превышает поток воды, подаваемой на очистку. Способ обеспечивает интенсификацию процессов окисления железа, повышение производительности и снижение энергозатрат. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки подземных вод от железа, включающий смешение их с воздухом при атмосферном давлении, обработку в контактном резервуаре, фильтрацию с постоянным отбором воды на смешение с диспергированным воздухом при определенном давлении водовоздушной смеси и времени насыщения и циркуляцией через контактный резервуар, отличающийся тем, что исходную воду контактируют на насадке с большой удельной поверхностью с водовоздушной смесью, подаваемой на смешение циркуляционным насосом через эжектор, объем которой равен или в 2-3 раза превышает объем потока воды, подаваемой на очистку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление растворенных в исходной воде газов осуществляется при противоточном контакте выделяемым из циркуляционного потока воздухом на поверхности верхних слоев спирально-проволочной насадки с большой удельной поверхностью. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что насыщение воды воздухом, в зависимости от содержания в ней железа, происходит в насадочной или тарельчатой колонне при высоте контактной части 0,5-2 м.