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

Изобретение относится к очистке подземных вод от железа и может быть использовано в системах хозяйственно-бытового назначения.

Известен способ очистки подземных вод от железа (1), включающий аэрирование на градирне, окисление закиси железа в резервуаре и удаление окиси фильтрованием.

Однако при осуществлении способа задействуется громоздкое оборудование, необходимы большие капитальные вложения, велики эксплуатационные расходы.

Известен способ очистки воды от железа (2), заключающийся в упрощенной аэрации разбрызгиванием или изливом на открытую поверхность и фильтрации в объемном фильтре. При этом на поверхности последнего образуется трудносмываемая каталитическая пленка, которая существенно ускоряет процесс окисления железа.

Однако после проведения регенерации из-за выноса мелких частиц с образовавшейся на их поверхности "каталитической" пленкой, эффективность окисления железа на первых порах сильно падает и поэтому для обеспечения установленного режима фильтроцикла необходимо увеличивать габариты объемного фильтра, что неминуемо приведет к возрастанию капитальных и эксплуатационных затрат.

Известен способ очистки подземных вод от железа (3), принятый за ближайший аналог, включающий аэрирование с последующим фильтрованием через двухслойную загрузку. Причем первый слой загрузки по ходу воды выполнен крупными гранулами, а второй слой - из менее крупных гранул. Назначение 1-ого слоя заключается в обеспечении частичного процесса "автокаталитического" окисления двухвалентного железа до гидроокиси, а 2-ого - мелкозернистого - в завершении указанного процесса и фильтрации воды от гидроокиси. Такая схема загрузки позволяет сохранить ее почти в полном объеме и стабилизировать функциональные возможности при реализации фильтроцикла.

Однако громоздкость первого крупнозернистого слоя приводит к уменьшению величины удельной поверхности этого слоя, а следовательно, к снижению процесса "автокаталитического" окисления двухвалентного железа. Кроме того, периодические длительные регенерации загрузки обуславливают первоначальные "потери" каталитической пленки, уменьшают ее окислительные возможности и ухудшают массообменные характеристики.

Задачей изобретения является разработка способа повышения эффективности обезжелезивания подземных вод.

Поставленную задачу реализуют при аэрировании барботированием воды сжатым воздухом с образованием гидроокиси железа на фильтрах, окислении железа до трехвалентного и фильтрации. Окисление осуществляют во взвешенном слое концентрата при разрыве потоков последнего и подаваемой воды в сборной емкости, а очистку - на активированных наработанным гидрооксидом железа пористых коаксиальных цилиндрических поверхностях элементов из полимера пространственно-полимерной структуры при тангенциальной фильтрации пульсирующего турбулентного потока и гидродинамическом сжатии диффузного слоя в их зазоре с наведением дзета-потенциалов. Регенерацию производят чередующимися импульсными отдувками сжатым воздухом и промывками обратным током воды с частичным перекрытием пористых поверхностей элементов по продольным образующим подвижными экранами. При этом предварительное барботирование позволяет провести насыщение воды кислородом воздуха и удалить большую часть свободной углекислоты и тем самым подготовить условия для быстрой коагуляции за счет смешения РН в щелочную сторону. А учитывая способность химически активных радикалов элементов из полимеров пространственно-глобулярной структуры сорбировать двухвалентное железо на своей развитой поверхности, и в дальнейшем служить основой для осаждения гидрооксидной пленки-катализатора для запуска процесса каталитического окисления, то практически мгновенно с осаждением растворенного двухвалентного железа будет происходить его доокисление до трехвалентного. При тангенциальной фильтрации турбулентного потока чистая вода проходит через поры элементов, а взвешенные частицы с гидрооксидной пленкой, оставшаяся часть растворенного железа - концентрат постоянно выносятся в сборную емкость, где происходит дальнейшее окисление и быстрая коагуляция окиси железа, чему также способствует гидродинамическое сжатие диффузного слоя в зазоре коаксиальных цилиндрических элементов с наведением дзета-потенциалов. Быстрая отмывка коаксиальных поверхностей при запирании объемов пор достигается чередующимися кратковременными подачами воды обратным током и отдувками сжатым воздухом при частичном перекрытии их подвижными экранами, создающими импульсные воздействия, приводящие к быстрому отделению кальмотирующих взвешенных частиц и окиси железа и восстановлению проходных сечений через поры. Турбулентный характер потока обеспечивает лучший массообмен, выравнивает поле скоростей, уменьшает пограничный слой и способствует лучшему уносу взвешенных частиц с концентратом. Все это обуславливает повышение эффективности обезжелезивания.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа. На фиг. 2 представлена схема проведения регенерации элементов с использованием подвижных экранов.

Устройство содержит погружной насос 1 для подачи воды, фильтр грубой очистки 2 от взвешенных частиц, компрессор 3, связанный с барботером 4 с клапаном 5 для насыщения воды кислородом воздуха и удаления свободной углекислоты, сборную емкость 6 для доокисления и коагуляции окиси железа, насос 7 для подачи воды на фильтр 8 с цилиндрическими коаксиальными пористыми элементами из полимера пространственно-глобулярной структуры и накопительную емкость 9. Все комплектующие соединены между собой трубопроводами 10, фильтр 8 связан линией концентрата 11 со сборной емкостью 6, а для регенерации последнего 8 его выходы соединены с выходом компрессора 3 и входом насоса 7 через электромагнитные клапаны 12, 13 для импульсной подачи чистой воды и воздуха и снабжены соответствующей запорной арматурой - вентилями 14 - 26. Для слива загрязнений фильтр 8 снабжен патрубком 27 с вентилем 28, а сборная емкость 6 - патрубком 29 с вентилем 30 для связи с атмосферой. Барботер 4 в нижней его части оборудован двумя распределительными решетками с соплами, направленными навстречу друг другу для подачи воды и воздуха для лучшего массообмена. Вход и выход фильтра 8 по подаче воды и выходу концентрата снабжены шнековыми питателями для создания гидродинамических импульсов, а для повышения эффективности регенерации в несмежных объемах последнего 8 размещены подвижные экраны 31 и 32 для частичного перекрытия внешней и внутренней цилиндрических коаксиальных пористых поверхностей элементов из полимера пространственно-глобулярной структуры при их движении вдоль продольных образующих при подаче давления воды или сжатого воздуха.

Способ осуществляется следующим образом.

Вода из подземных источников погружным насосом 1 подается на фильтр грубой очистки 2, где отделяются частицы взвесей, и поступает на вход барботера 4 на сопла верхней распределительной решетки, навстречу ей на сопла нижней распределительной решетки подается компрессором 3 сжатый воздух. Насосом 7 через один из шнековых питателей турбулентный пульсирующий поток поступает в фильтр 8 в зазор между пористыми коаксиальными цилиндрическими поверхностями из полимера пространственно-глобулярной структуры, где при тангенциальной фильтрации происходит его разделение - фильтрат в накопительную емкость 9, а концентрат - обратно в сборную емкость 6. При этом на развитых пористых поверхностях элементов 8 идет интенсивная наработка гидроокиси железа, которая частично постоянно уносится в сборную емкость 6 вместе со взвешенными частицами, а оставшаяся часть гидроокиси эффективно запускает процесс каталитического окисления, необходимый для обезжелезивания фильтрата.

Концентрат со взвешенными частицами, частью гидроокиси и воды, аккумулируясь в сборной емкости 6, инициирует постоянное окисление двуокиси железа, медленное осаждение которой обуславливает ее коагуляцию и дальнейшее отделение при фильтрации. При гидродинамическом сжатии диффузного слоя в зазоре элементов 8 с наведением дзета-потенциалов в турбулентном потоке ускоряется начало коагуляции выносимого концентрата.

Регенерация фильтра 8 чередующимися отдувками сжатого воздуха и обратным током воды осуществляется импульсной подачей через поочередно срабатываемые электромагнитные клапаны 12 и 13 с частичным перекрытием пористых поверхностей элементов по продольным образующим подвижными экранами 31, 32. При этом отдувка сжатым воздухом осуществляется компрессором 3 при закрытых 15, 19, 20, 21, 23 и открытых вентилях 25, 26 и последующем сливе загрязнений по патрубку 27 через открытый вентиль 28. При регенерации обратным током насосом 7 чистая вода подается по трубопроводу из накопительного бака 9 при закрытых 17, 20, 21, 22, 23, 26 и открытых вентилях 18, 19, 24, 25 через поочередно срабатываемые электромагнитные клапаны 12, 13 во внутренний объем фильтра 8, где из-за частичного перекрытия пористых поверхностей элементов подвижными экранами 31, 32 происходит возрастание местных гидравлических сопротивлений, приводящее к повышению скоростей и соответственно силовых воздействий на стенки пор. Из-за регулярности пористых коаксиальных цилиндрических поверхностей элементов фильтра 8 и их небольшого гидравлического сопротивления для регенерации достаточно 5....8 мин, после чего вентили 24, 25, 28 закрываются, а 15, 17, 19, 20, 21, 23 открываются и устройство приводится в работоспособное состояние.

Таким образом, использование предлагаемого способа за счет тангенциальной фильтрации с постоянным аккумулированием и очисткой концентрата частично смываемой гидроокисной пленкой турбулентным пульсирующим потоком при гидродинамическом сжатии диффузного слоя в зазоре с наведением дзета-потенциалов на пористых коаксиальных цилиндрических поверхностях элементов позволяет быстро осуществлять процессы окисления, коагуляции, отделения и регенерации, увеличивая тем самым эффективность обезжелезивания подземных вод.

Источники информации
1. Кастальский А.А., Минц Д.М. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения - М.: Высшая школа, 1962, с. 500.

2. Золотова Е.Ф., Асс Г.Ю. Очистка воды от железа, фтора, марганца, сероводорода - М.: Стройиздат, 1975, гл. 3.

3. Авторское свидетельство 1058898, кл. С 02 F 1/64, СССР, 1983 г.

Используют для очистки подземных вод от железа. Способ очистки подземных вод от железа заключается в их аэрировании барботированием сжатым воздухом, окислении во взвешенном слое концентрата и при разрыве потоков последнего и воды в сборной емкости, очистке на активированных наработанным гидрооксидом железа пористых коаксиальных цилиндрических поверхностях элементов из полимера пространственно-глобулярной структуры при тангенциальной фильтрации пульсирующего турбулентного потока и гидродинамическом сжатии диффузного слоя в их зазоре с наведением дзета-потенциалов и регенерации чередующимися импульсными отдувками сжатым воздухом и промывками обратным током воды с частичным перекрытием пористых поверхностей элементов по продольным образующим подвижными экранами. Изобретение позволяет повысить эффективность обезжелезивания подземных вод. 2 ил.

Способ очистки подземных вод от железа, включающий их аэрирование и фильтрацию, отличающийся тем, что аэрирование осуществляют барботированием воды сжатым воздухом, осуществляют доокисление железа до трехвалентного во взвешенном слое концентрата при разрыве потоков последнего и воды в сборной емкости, очистке на активированных наработанным гидроксидом железа пористых коаксиальных цилиндрических поверхностях элементов из полимера пространственно-глобулярной структуры при тангенциальной фильтрации пульсирующего турбулентного потока и гидродинамическом сжатии диффузного слоя в их зазоре с наведением дзета-потенциалов, а регенерацию фильтра осуществляют чередующимися импульсными отдувками сжатым воздухом и промывками обратным током воды с частичным перекрытием пористых поверхностей элементов по продольным образующим подвижными экранами.