Способ очистки подземных вод от железа Советский патент 1992 года по МПК C02F1/64 

Изобретение относится к области очистки воды и может быть использовано для удаления из подземных вод соединений железа.

Известен способ очистки подземных вод от железа, в котором сырая вода аэрируется и фильтруется через двухслойную загрузку из дробленого клиноптилолита фракции 20-40 мм (верхний слой) и смеси клиноптилолита фракции 20-40 и 0,8-1,1 мм (нижний слой). Верхний слой высотой 0,9- 1,0 м предназначен для снижения грязевой нагрузки на основной рабочий материал фракции 0,8-1,1 мм высотой слоя 0,8-1,2 м. Фракционный состав материала определен с учетом следующих требований к процессу:

возможности всвешивания при промывке и последующего осаждения мелких частиц клиноптилолита;

снижение темпа прироста потерь напора в слое при фильтровании.

Скорость фильтрования при этом принимается постоянной и равной 7 м/ч.

Критический анализ рекомендуемых па раметров фильтрующего слоя позволяет установить следующие очевидные недос гатки известного способа. В процессе промывки клиноптилолитовый щебень фракции 20-40 мм, составляющий каркас слоя, не расширяется и в нем накапливаются остаточные загрязнения, приводящие к кольматации каркаса. Материал фракции 0,8-1,1 мм при промывке переносится в межзерновое пространство крупной фракции и после промывки неравномерно осаждается в каркасе, что приводит к образованию пустот в слое, значительному увеличению скоростей фильтрования на отдельных его участках. Кроме того, фракции размером 0,8-1,1 мм зажаты в каркасе, плохо взвешиваются и отмываются при промывке, что усугубляет рассмотренную выше картину.

Пример 1. В табл. 1 приведешь; результаты практической реализации прототипа. Через двухслойный фильтр, загруженный клиноптилолитом фракции 20 40 и

ч

4J

Сл 00 VJ 00

смесью фракции 20-40 и 0.8-1,1 мм, фильтровалась подземная ьода с концентрацией железа от 1,2 до 25,0 мг/дм3. Известный способ позволял обеспечить хорошее качество фильтрата, однако в начальный период после промывки всегда имело место ухудшение качества воды, показанное на чертеже, и подробно рассмотренное ниже. Продолжительность этого ухудшения не учитывается в полезную часть фильтроцик- лов, приведенных в табл. 1. Это отразилось соответственно и на объеме воды, качество которой соответствовало предельно допустимой концентрации (ПДК) железа 0,3 мг/дм3). Кроме того, максимальная полезная продолжительность фильтроцикла даже для концентраций железа 1,2 мг/дм не превышала 2-3 сут, что связано, в первую очередь, с чрезмерно малым размером фракции рабочего материала (0,8-1,1 мм). Это привело к увеличению числа промывок фильтров и соответственно среднесуточного расхода промывной воды на собственные нужды установки.

Таким образом, недостатками известного способа являются низкая степень очистки воды в начале цикла фильтрования, малая продолжительность фильтроциклов, относительно невысокая производительность фильтров и большой расход промывной воды.

Целью изобретения является повышение степени очистки воды от железа, увеличение продолжительности фильтрования, снижение расхода промывной воды.

Для достижения поставленной цели осуществляют аэрирование подземной воды с последующим фильтрованием через природный клиноптилолит с размером зерен 1-4 мм, предварительно модифицированный раствором соли железа из расчета 0,5-1,5 г сорбированного железа на 1 кг материала. При этом предварительную модификацию клиноптилолита можно осуществлять в процессе очистки фильтрованием исходной железосодержащей воды со скоростью 1-5 м/ч. Если в сырой воде железо содержится в небольших концентрациях (до 2 мг/дм3), к воде подмешивают раствор соли железа с целью ускорения начальной стадии модификации загрузки.

Сопоставительный анализ предложенного и известного способов показывает, что предложенный способ отличается от известного тем, что используют предварительно модифицированный клиноптилолит другого фракционного состава. При этом модификацию материала производят искусственным (солями железа), естественным (природной

железосодержащей водой) и комбинированными путями.

Для осуществления способа клиноптилолит с размерами зерен 1-4 мм для устранения стадии зарядки, (проскока повышенных концентраций железа в фильтрат) предварительно обрабатывают раствором соли железа до накопления на материале сорбата в количестве 0,5-1,5 г (по

0 железу) на 1 кг материала. После такой обработки материал становится эффективным сорбентом при удалении соединений железа. Исходная железосодержащая вода после аэрирования подается на фильтр и

5 фильтруется через слой модифицированной таким образом загрузки. При заилении зернистого слоя его промывают водой или водой и воздухом.

На промытый фильтр вновь подают ис0 ходную железосодержащую воду, повторяя вышеописанный цикл фильтрования. При потере активности модифицированного клиноптилолита вновь проводят обработку материала раствором соли железа.

5 На чертеже показаны результаты опытов по очистке воды с концентрацией железа 8 мг/дм3 на смеси клиноптилолита фракции 20-40 и 0,8-1,1 мм (прототип) при фильтровании с постоянной скоростою 7

0 м/ч (кривая 1). Там же показана (кривая 2) зависимость концентрации железа в воде, фильтрованной через дробленый клиноптилолит фракции 1-4 мм, при изменении скорости фильтрования после стадии

5 модификации от 3 до 13 м/ч (предлагаемый способ). Скорость повышали с градиентом 2 м/ч после достижения кривой 2 точки А с концентрацией железа 0,08 мг/дм3. Штриховой линией отмечены нормативные тре0 бования к концентрации железа в питьевой воде (0,3 мг/дм3).

Как видно из чертежа, при фильтровс; нии в режиме, соответствующем прототипу, имеет место длительное (30 ч) и значитель5 ное (в 5 раз) превышение нормативно концентрации железа. Указанное время не может быть включено в полезную продолжительность фильтроцикла (Тф1), которая в итоге меньше продолжительности цикла

0 фильтрования в заявляемом способе (Тф2).

Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов, приведенная в табл. 1, показывает, что общая продолжительность фильтроцикла при

5 включении в него первой (начальной) стадии повышается на 60-80%. При этом в 1,3-1,8 раз сокращается общий расход промывной воды. Оптимизация фракционного составе фильтрующего материала в сочетании с естественной его модификацией позволит

увеличить общий объем очищенной воды на 45-130%.

Для оЬезжелезивания могут применяться традиционные системы аэрации (градирни, распылители) и фильтры в безнапорном и напорном исполнениях. Приготовление р створа солей железа (например, сернокислого железа) производят в обычных аппаратах для растворения, дозирование - стандартными дозаторами.

В обезжелезивающий фильтр, оборудованный дренажно-распределительными си- стемами, загружают клиног(тилолит фракцией 1-4 мм: высота слоя - порядка 2 м. Загрузку тщательно промывают водой или водой и воздухом. Затем через материал со скоростью 1-5 м/ч пропускают модифицирующий раствор соли железа или сырую железосодержащую воду или смесь. Окончание этого периода зарядки определяют соответственно химическим анализом загрузочного материала (0,5-1,5 гжелеза на 1 кг загрузки) или косвенно по кривой изменения качества фильтрата, как это показано выше. После зарядки скорость фильтрования начинают повышать с 1-5 до 10-15 м/ч (и более) с градиентом 1-2 м/ч, а затем поддерживают на -этом уровне в течение суток и более. Предельные значения скорости фильтрования и продолжительности фильтроцикла определяются качеством фильтрата, который должен соответствовать ПДК, и потерями напора в слое. По окончании цикла фильтрования загрузку промывают, а затем фильтр снова пускают в эксплуатацию в режиме модифицирования материала. Цикл повторяют.

Пример. Для обоснования параметров процесса очистки воды от железа были выполнены опыты, подобные описанному выше примеру. Их результаты представлены в табл. 2. В зависимости от качества исходной воды клиноптилолитовая загрузка фракции 1-4 мм модифицировалась раствором сернокислого железа (опыты 1-6), исходной железосодержащей водой (опыты 7-12) или их смесью (опыты 13-18). В первом случае время, затраченное на модификацию (1,5-4 ч), не включалось в полезную продолжительность фильтроциклов,

Установленные параметры в комплексе обеспечивают преимущества предложенного способа. Использование более крупной загрузки (опыт 19) не позволяет обеспечить необходимое качество фильтрата (0,3

мг/дм ). Более мелкая загру ка (опыт 20) быстро заиливается, что приводит к снижению продолжительности фильтрования и производительности фильтра, а также к увеличению удельного объема промывной воды. Снижение скорости фильтрования модифицирующего раствора (опыт 21) приводит к значительному простою фильтра (7,5 ч) во время зарядки, а превышение скорости 5 м/ч на стадии модификации (опыт 22) вызывает длительный проскок железа в фильтрат. Снижение или увеличение количества модификатора в слое, накопленного при регенерации (опыты 23 и 24) вызывает

соответствующее ухудшение качества воды или сокращение фильтроцикла. Данные табл, 2 показывают, что запредельное изменение факторов обязательно приводит к ухудшению какого-либо (или нескол ь ких)показателей. Прототип (опыт 25) не удовлетворяет технологическим требованиям к процессу, в первую очередь, из-за длительного (30 ч) ухудшения качества фильтрата после промывки,

Таким образом, предложенный способ обеспечивает эффективную очистку воды в большом диапазоне концентраций железа и легко применим на станциях водоподготов- ки, что позволит обеспечить его широкую

реализацию.

Формула изобретения 1. Способ очистки подземных вод от железа, включающий аэрирование, фильтрование через загрузку из дробленного

природного клиноптилолита и последующую промывку отработанной загрузки водой, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, увеличения продолжительности фильтрования, снижения расхода промывной воды, используют клиноптилолит с размером зерен 1-4 мм, предварительно модифицированный раствором соли железа до содержания 0,5-i,5 г железа на 1 кг загрузки.

2. Способ по п. 1,отличающийся

тем, что предварительную модификацию клиноптилолита осуществляют в процессе очистки фильтрованием исходной железосодержащей воды со скоростью 1-5 м/ч.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при концентрациях железа в исходной воде до 2 мг/дм в ходе фильтрования с целью ускорения процесса модификации в исходную воду дополнительно вводят соль

железа.

Примечание. 1. Модификация загрузки - естественная, сырой водой.

2. Интенсивности подачи промывной воды в известном способе 14 л/с м2, предлагаемом - 16 л/с м2, время промывки - 8 мин

данные не учитывались в показателях процесса

Сущность изобретения: подземные воды аэрируют и фильтруют через загрузку. Из клиноптилолита с размером зерен 1-4 мм. предварительно модифицированного раствором солей железа, или исходной железосодержащей водой, или их смесью до содержания в слое 0,5-1,5 г железа на 1 кг фильтрующего материала. Способ обеспечивает остаточное содержание железа до 0,1-0,2 мг/дм при повышении скорости фильтрования до 13-15 м/ч и увеличении общей продолжительности фильтроцикла на 60-80%, по сравнению с известным способом. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Продолжительное Tt фильтрования, v