СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ МАРГАНЦА Российский патент 2008 года по МПК C02F1/64 C02F103/04 

Изобретение может быть применено при получении питьевой воды в системе коммунального водоснабжения из подземных вод, содержащих марганец.

Известен способ очистки воды фильтрованием, при котором воду смешивают с воздухом, фильтруют в зернистой загрузке «снизу-вверх», причем на поверхности зерна находится иммобилизованная микрофлора [1].

Недостатками способа являются невысокий эффект очистки воды, малая скорость фильтрования - 0,1 м/ч.

Известен способ очистки воды фильтрованием, который осуществляют в установленном вертикально цилиндрическом корпусе с размещенной в нем загрузкой для иммобилизации микрофлоры. Воду смешивают с воздухом, эту смесь пропускают восходящим потоком через загрузку, воду удаляют из верхней части биофильтра [2].

Недостатками этого способа являются недостаточно высокий эффект очистки, низкая скорость фильтрования.

Наиболее близким техническим решением является способ, включающий утилизацию марганца хемоавтотрофными бактериями с переводом их в нерастворимые формы, которые далее отделяются сепарацией, грунтовые воды из скважины насосом подаются в аэратор в виде башни, разделенной на секции перфорированными перегородками. Второй ступенью является биофильтр, он представляет собой вытянутую прямоугольную емкость, разделенную на большое количество секций, в которых находятся контейнеры с загрузкой, на ее поверхности иммобилизованы хемоавтотрофные бактерии, селектированные из природной среды [3].

Недостатками способа являются недостаточная эффективность очистки воды, многостадийность процесса, невысокая скорость фильтрования.

Задачей изобретения является повышение эффекта очистки воды, увеличение скорости фильтрования.

Указанная задача решается тем, что в способе очистки, включающем фильтрование в зернистом материале в присутствии микроорганизмов, согласно изобретению поддерживают температуру воды в интервале 9-14°С, создают концентрацию кислорода 0,1-0,5 мг/л, концентрацию аммония поддерживают на уровне 0,1-1,0 мг/л, производят формирование каталитической пленки за счет жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности зернистого материала в течение 20-40 суток фильтрованием со скоростью 1-3 м/ч, после чего природную воду очищают со скоростью 3-5 м/ч при указанных параметрах, в качестве зернистого материала использован кварцевый песок фракции 0,6-1,5 мм, высота фильтрующего слоя составляет 0,7-1,0 м. При этом на поверхности зернистого материала образуется каталитическая пленка следующего состава,%:

органическое вещество5,3SiO₂42,2Fe₂О₃4,4MnO32,8СаО4,3MgO2,5карбонатыостальное.

На фиг.1 показана схема экспериментальной установки, на фиг.2 - зависимость степени очистки воды от времени работы фильтра для различных загрузок, на фиг.3 - зависимость степени очистки воды от температуры, на фиг.4 - зависимость степени очистки воды от концентрации кислорода, на фиг.5 - зависимость степени очистки воды от концентрации аммония, на фиг.6 - зависимость степени очистки воды от скорости фильтрования.

Для определения оптимальных условий процесса фильтрования проведены следующие эксперименты на лабораторной установке, представленной на фиг.1.

Установка состоит из резервуара 1, трубки для отбора проб исходной воды 2, подающего коллектора 3, трубок для сбора фильтрата 4, колонок 5, зажимов 6 и тройников 7.

Очистка воды производится следующим образом. Из резервуара 1 модельная вода проходит через подающий коллектор 3, поступает в вертикально расположенные колонки 5. Через сборные трубки 4 фильтрат собирается для анализа. Скорость движения воды регулируется с помощью зажимов.

Пример 1

Выбор материала загрузки

В качестве фильтрующей загрузки применялись полиэтиленовые гранулы, активированный уголь, пемза, кварцевый песок, дробленный керамзит, так как эти материалы оптимальны для закрепления микроорганизмов, обладают высокой удельной поверхностью, хорошими адгезионными свойствами и невысокой стоимостью.

Исследование механизма деманганации различными фильтрующими загрузками в лабораторных условиях на натурной воде, содержащей марганец, проводилось на установке, представленной на фиг.1. Установка работала в автоматическом режиме, постоянно поддерживались заданные условия контакта определенного количества фильтрующего материала со строго определенным потоком воды, качество которой до и после контакта контролировалось стандартными методами.

Испытуемые материалы при постоянной высоте слоя (0,7-1,0 м) помещались на коллекторных сетках в колонках, скорость истечения воды определялась на выходе из каждой колонки. Скорость фильтрования поддерживалась в интервале 1-3 м/ч.

В данном эксперименте ставилась задача нахождения оптимальной загрузки.

Пример 2

Определение оптимальной температуры

Определение оптимальной температуры проводилось на той же установке. В резервуар наливалась вода с исходной температурой 5°С, вода самопроизвольно нагревалась до 20°С. Данные снимались каждый час, скорость изменения температуры составляла 1-2°С/ч, скорость фильтрования 3-5 м/ч. Результаты опытов представлены на фиг.3.

Кривая имеет максимум, оптимальная температура находится в интервале 9-14°С.

Пример 3

Определение оптимальной концентрации кислорода

Растворимый кислород должен влиять на эффект деманганации. Был проведен опыт на обескислороженной воде. Для удаления применялись гидразин и сульфат натрия либо вода вакуумировалась. Химические методы с применением гидразина и сульфата натрия оказались эффективными.

Из графика (фиг.4) видно, что эффект очистки уменьшается с увеличением концентрации кислорода, оптимальная концентрация составляет 0,1-0,5 мг/л.

Пример 4

Определение оптимальной концентрации аммония

Азотсодержащие добавки также влияют на степень очистки. Были использованы аммонийсодержащие добавки. Результаты приведены на фигуре 5.

График имеет максимум. Оптимальной следует считать концентрацию аммония 0,1-0,4 мг/л.

Пример 5

Определение оптимальной скорости фильтрования

Определение оптимальной скорости фильтрования проводилось на фильтрах с песчаной загрузкой. Температура воды составляла 10-12°С. Результаты опыта приведены на фиг.6.

Как видно из графика, зависимость степени очистки от скорости фильтрования носит обратно пропорциональный характер, то есть с увеличение скорости фильтрования степень очистки уменьшается.

Для «зарядки» фильтра с получением каталитического слоя на поверхности фильтрующего материала оптимальной следует считать скорость 1-3 м/ч, для очистки воды от марганца предложенным способом - 3-5 м/ч.

Литература

1. РЖ «Химия» 05.13-19 И.284 (J. Safety and Environment, 2004. 4 №1).

2. Патент РФ №1428564, МПК В01D 24/46.

3. Патент Украины №70149, МПК В01D 35/16, С02F 1/64.

Изобретение относится к способам очистки и получения питьевой воды в системе коммунального водоснабжения из подземных вод, содержащих марганец. Для осуществления способа проводят фильтрование в зернистом материале в присутствии микроорганизмов при температуре воды 9-14°С, концентрации кислорода 0,1-0,5 мг/л, концентрации аммония 0,1-1,0 мг/л. Предварительно формируют каталитическую пленку за счет жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности зернистого материала в течение 20-40 суток фильтрованием со скоростью 1-3 м/ч. Затем природную воду фильтруют со скоростью 3-5 м/ч при указанных параметрах. В качестве зернистого материала используют кварцевый песок фракции 0,6-1,5 мм, при этом высота фильтрующего слоя составляет 0,7-1,0 м. В указанных условиях на поверхности зернистого материала образуется каталитическая пленка состава, %: органическое вещество 5,3; SiO₂ 42,2; Fe₂O₃ 4,4; MnO 32,8; CaO 4,3; MgO 2,5; карбонаты - остальное. Способ обеспечивает повышение эффекта очистки воды, увеличение скорости фильтрования. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ очистки воды от марганца, включающий фильтрование в зернистом материале в присутствии микроорганизмов, отличающийся тем, что поддерживают температуру воды в интервале 9-14°С, создают концентрацию кислорода 0,1-0,5 мг/л, концентрацию аммония поддерживают на уровне 0,1-1,0 мг/л, производят формирование каталитической пленки за счет жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности зернистого материала в течение 20-40 сут фильтрованием со скоростью 1-3 м/ч, после чего природную воду очищают фильтрованием со скоростью 3-5 м/ч при указанных параметрах.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве зернистого материала использован кварцевый песок фракции 0,6-1,5 мм, высота фильтрующего слоя составляет 0,7-1,0 м, причем поверхность зернистого материала покрыта каталитической пленкой следующего состава, %:

органическое вещество5,3SiO₂42,2Fe₂O₃4,4MnO32,8CaO4,3MgO2,5карбонатыостальное