Способ очистки подземных вод от железа

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (5П С 02 F 1/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863581/26 (22) 31,08.90 (46) 07.11.92. Бюл, N. 41 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского и Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт городского хозяйства (72) B À, Кравченко, Н,Д. Кравченко, А.Е, Кулишенко, Ю.И, Тарасевичи А,П. Карташов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1058898,, кл,,С 02 F 1/64, 1982, (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

ОТ ЖЕЛЕЗА

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 0,91,0 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 в=вешивания при промывке и последующего осаждения мелких частиц клиноптилолита; снижение темпа прироста потерь напора в слое при фильтровании.

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

„„JIB „„1773878 Al (57) Сущность изобретения: подземные воды аэрируют и фильтруют через загрузку. Из клиноптилолита с размером зерен 1-4 мм. предварительно модифицированного раствором солей железа, или исходной желеэосодержащей 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

3 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, Критический анализ рекомендуемых па раметров фильтрующего слоя позволяет установить следующие очевидные недостатки известного способа, В процессе промывки ф 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 npo - (A) странство крупной фракции и после про- ©© мывки неравномерно осаждается в каркасе, что приводит к образованию пустот в слое, ©р 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. I приведены результаты практической реализации прототипа. Через двухслойный фильтр, э груженный клиноптилолитом фракции 20 40 и

1773878 после промывки всегда имело место ухудшение качества воды, показанное на чертеже, и подробно рассмотренное ниже.

Продолжительность этого ухудшения не учитывзется в полезную часть фильтроцик- 10 лов, приведенных в табл. 1. Это отразилось соответственно и на объеме воды, качество которой соответствовало предельно допустимой концентрации (ПДК) железа 0,3 мг/дм ). Кроме того, максимальная полез- 15 ная продолжит льность фильтроцикла даже для концентраций железа 1,2 мг/дм не превышала 2 — 3 сут, что связано, в первую очередь, с черезмерно малым размером

55 смесью фракции 20-40 и 0,8 — 1,1 мм, фильтровалась подземная вода с концентрацией железа от 1,2 до 25,0 мг/дм . Известный з способ позволял обеспечить хорошее качество фильтрата, однако в начальный период 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 очи стки 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/дмз), 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

40 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 железу) на 1 кг материала, После такой обработки материал становится эффективным сорбентом при удалении соединений железа, Исходная железосодержащая вода после аэрирования подается на фильгр и фильтруется через слой модифицированной таким образом загрузки. При заилении зернистого слоя его промывают водой или водой и воздухом.

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

На чертеже показаны результаты опытов по очистке воды с концентрацией железа 8 мг/дм на смеси клиноптилолита фракции 20 — 40 и 0,8 — 1,1 мм (прототип) при фильтровании с постоянной скорост ю 7 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 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/дм . Штриховой линией отмечены нормативные требования к концентрации железа в питьевой воде (0,3 мг/дм ).

Как видно из чертежа, при фильтрова. нии s режиме, соответствующем прототипу, имеет место длительное (30 ч) и значительное (в 5 раэ) превышение нормативно концентрации железа. Указанное время не может быть включено в полезную продолжительность фильтроцикла (Тф)), которая в итоге меньше продолжительности цикла фильтрования в заявляемом способе (Тфг), Сравнительная характеристика известного и предлагаемого способов, приведенная в табл. 1, показывает, что общая продолжительность фильтроцикла при включении в него первой (начальной) стадии повышается на 60-80%. При этом в 1,3-1,8 раз сокра цается общий расход промывной воды, Оптимизация фракционного состав; фильтрующего материала в сочетании с естественной его модификацией позволит

1773878

45 продолжительность фильтроциклов, 50

55 увеличить общий объем очищенной воды на

45-130 /,.

Для обезжелезивания 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— стандартн ыми дозаторами.

В обезжелезивающий фильтр, оборудованный дренажно-распределительными системами, загружают клиноптилолит 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 вору или смесь.

Окончание этого периода "зарядки" определяют соответственно химическим анализом загрузочного материала (0,5 — 1,5 г железа 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, B 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 установленные параметры в комплексе обеспечивают преимущества предложенного способа. Использование более крупной загрузки (опыт 19) не позволяет обеспечить необходимое качество фильтрата (0,3

30 мг/дм ). Более мелкая загрузка (опыт 20)

3 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 нескольких) 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 водоподготовки, 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.отл ич а ющийся 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 и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что предварительную модификацию клиноптилолита осуществляют в процессе очистки фильтрованием исходной железосодержащей воды со скоростью 1 — 5 м/ч, 3. Способ по и. 2, отл и ч а ю щи и с я 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, 1773878

1 ()

I . ф

)

I 1

I )

) 1

) Х ) с )

4 Э 1

I t- )

) m 1

1 m I

1 m I х в о t

1 C I

l l ! Э 3

I 3l l х а 4

I g I

I Z.4

I Ъ> 1

1 С.В I

I 1

I 4

I 3

I l

I

1

I

1 C«)

«

) сч

I

I фО> о

° «> ъ аN о > э

- >z о ъ z е ъ сех э о а>о а

> о с

I в

3 О ф «

I t««

I C«) в -м

Р с

I

4 !

В >33

I в

Э

L

m с»

ct э

Cl

L ф 1

1 ф

4 I

1 В

В 4

I I

I б ф

4 I

1 ! в

1 I

I Э 3

X I

1 Z I

I m б m 1

) R I фл ! с

X I

I e I б 3 !

1 3

I б

I 4 с л осл ае)о)-и аz о ю

ВЕ х

I

4 ф °

I ЧЭ

1l

I

I ф)Ъ ! C)

« ! о

1

I

1

I

I л

В

z m

zat )em а=тх at

atz с ао Ф е о Yа

)Jl m с

*Фа

& l-N

Э l е ах э

to и о о

v

>z о х ао о z

m и

>x at

O m а m. ъ s

Р ъ

Ф а

z o

z Ф э

m >z ф- о

v z э m ф- ъ

O X э R с х

szz х х

m lc> co

w а а. р

m x

Е X Y

t» Ф к иъ

zox

=ах о

>tt m cl

Y X L

z v

e z y

ЯЛ й

I б

I

I

I

I

I I в в

I ф

4 I

l 1 ! I

1 I

I I

4 I

1 в е

t 3

4 К В ! X 4

3 =Г )

l Ф 1

I Y I

I X б в!

I S I в а в

4 Я I ф В

3 1 б I

t I

1 I

I 1

I ° с

Rx+o+x

% z

I 1

t- I л»>

««Х в кэаб

e l- ««. В

6 L

m ах

t е

1

l

4

tC lк z ctt

zma;m

x at

Эаое3

4-) Y Cl 34 л В- I

4 t- л Э

ОРСЕ

).) ReR! в

4 в Ф

I l» K

z! IQ

4 и X! х о е м а б о

m )>

>Х X е о а е.а э ъ э ф с v ах

° ° а» )ч

I! Ф а

ВЕ О

4) )б

I Э

1 ВО о z

I Х

3 )O е

1;о е

I Ð X о m с е

1 СЭ

) z

m e

m а х с

I e о

) )Вс о х

>z о ъ zmo

z m ca э

СФ=-фълСX е касх аю J o

О О mezz

4 I с л

cc o c; o

)>ф ае)ыоt-ox во ах о оскх л

cc t- o

cc v à аул Z X эoc.zw а х z ctt z

o vem

) l ш м ч> ф со в

«« ° « м )ч ю м ф ф

I ф

) 3

О О О О О I

° « «««

cn - — )л о

m cn с> л an

0»ч an >- )ч 1

1

l! м 1

)ч an o

«» -Ф л c>t

I в

I м )ч о .an

))в -т м. )ч )ч

1.

1

М О -З. O )Ч о Cl м «

««««« о о о о о

1

l м т» О I г

4 б

1 в

l ь )д,р О 1 М 4 > t

1

I в м

> V сч в

« «!

O В О 3 О

1 в

I

t М 3 >» 1

I

I б

О б

lD «в

«Щ со сч

I е

t

X >у . >у

Х X X t

3 " >3 х

l- m l- m 3 е а е а в

S: с Xå Ч:

I в

N m 1

1773878 l0 (l0

1 !

1 Э

1 3!

1 О

1 44

С)

oz = и

1 1

I C

1 2 ,0

I Д

1 !

0l 30

30 а

03 ех хо о

ct, о о х g х C

IX о и х сс

О ех х о

v ct

* о

1 03

1 е?

CC 0l

I0 М

Z C3

? 30

Э а

Ф Э

1

\Ч 1

Э 1

1 й

1 с ) 1

tO 1 ех о

ct о

Ф I

|Х 1

Э

| ! I 1

I 1 1

Э 1 !

1

$ ct о

1 хс з

v

Э

1 1v

) (и

1 X 1 I ах (c= i

) о э

@ о с

1

С?О «Э кФ «с

ozo ххвх е х х /

)>е и м м

З

СС 44

? э ох

1 1

СО„Иб

gR3-v

Х С )0 Х

1 (с )(С Z (0

ao0tэ

С.) Y сс )0

1 ,О

2Э

e l»

Ф а

Оо

° (Ч

1 1 о о о

|О

С) 1

ovx х о о ах ммо

° »

Jl 1 (сл

СО(3- И Х

% х ао

|О (4\ 4 е»

K 3СС Х 40 аою Э

o Ya)i! 3

С «Х(X 01 ct I

el-N 1

|О (1

ФССХ(Z

). и

Э и со

40 хс о и

0l х

R х

5 о. с а

4I и

X с

Ф

1I

l х

У л

Э

Q

Л

О

Сч о

1 I 1 1

1

1

1

1 о

1 Cl 1 I

Z I- Z 10

CVctr

Z x 9e

|О L а х ол

l L

° 1 О

Jl

1 Iоих

Y Я мм (1 !

1

1

I

1

1

1

4 а

Cl

Х Y

I0I0>X g а. 3 Ф о

0 1

1 ф о сч о

).

З

C о

X Фее

3 Х Э ct х с (х

1 ct

I I

1ф

О

I

1 I

l0 с

1 Э еХХ

t Лz

I

1

1 I

Э

Э IZ

1 ct 23

) лх

I—

1 1 ! I0 0N

1 8 I о (. ! ! I

1 1

1 1 ! (l

1 сС 1

Ф!

l5 о. )

l I

"2i

1 Ю

|О 1 I

V 3

И 1

Rl с

3 1 ) а 1 I (49 I I

С I I

1 1

I I

I 1

1 3

1 I

1 CC

1 X

1 3

1 Itl I

1 Y 1

I X I

e f

1 X 1 ч ( (Я

1 1

1 l

3 1

1 (1 I

1 I

-т 40 О \Ч СО Г

f « ° °

1 м а w эм

1

1

ОСООЛ(ч(| О

1 Л|о (Ч D N D (7i а . In w w сч

1

1

I

I |О(601

) ) М(ЧМ лосос 0 ф

Ее(С|С ее\ М М 443 сС 1 СО а «ф

W3 О сЧ»

l ««1 « х(О оооо

8 о б

О Се!асс|

Е» 4

0l

Ф о (44 (A (A а4 м "3 осча ао

I

I

1.

1 мам

Ф --? 3

I 1 1 1 1 1 I (чм аол о

ОООО ОО

«а

СО СО СО CO СО СО (Ч а î |чсо IA W м а CI Се ео CFI афмл о а мече мм(л ло осо счт мм м -? О\ -ео-Э<О

СЧ М(Ч Сч ео лиф а сп сч сч сч сч сч о

ООODОО мамммо

«е е е» ° °

М CC CO Cct

° е» O! |» ° (1 мф амсчф

СЧ СЧ (Ч СЧ СЧ О

ОООЬОО о cnw cn vc

° ооо маммм -Ф х э )

11! I ) 1 о счм ф О3 ооооо

«сч ааааа (ч ЕЧ (Ч (Ч СЧ

ft .0

1 1 1 I 1 о

М? 441 М аа

Сп 44\ СС ЕО

1 о»аЯ - 444 ОЪ лмаф сч

С43 сч 4

° « °

О!М О! О0

IA 1n ла маOI Л

° е»е» е»О

1 1 «

ООЬОО ма ммм (C е» «е» е»

l0

V)4OW C«C)t 3

z о

co - лсо) а

Ое»ООО C

Ig ооооо ф

AD а о(а о-оомаммм 43 ?

1 I I I 1

wаО1 со.

С43 (Ч (Ч 4Ч СЧ

««1 «

° е

C4 » «4 1 (Ч (Ч

CO

«(ч сч о 1

1 « -Ф 1 |О ам о

«оаом ,1 «? м а счол

1 ° 441 ° е» Сч еч

-)л|4- ) а а сч сч а сч а

|О (ЧЕС Э«

1 «1 1

О О ОООО

М М 4 е 1 М М 4"

» е» ° е» е«

334 а |С.

М. о лосч — CO ЛCV — (Ч а афа о а(ч еч

1 О 1 ООо

О ООСЧD е е»о (Ч

lA

«о

ММО ° ММ

CI 1

tn w -т -т

1 «1 3 1 ( ее! О е» сто (чм

Сч (Ч (Ч С0 сЧ о ос!ооо

1 ф CO CO 00 СО CO

I !

i

1

1

I !

I

1

1

1

1 !

1

1

I (1

I

1 !

I

I

1

I

I !

1

1

1 !

1

1

1

1

1 ! ! !

1

1

1

1

1 (1

1

1

I !

I !

1

1

1 !

1

I

1

I

1

1

1

I

I (1773878

Ф

3. я

Ь д ь

® д8 продолжительность рильтрабаная, q

Составитель В.Кравченко

Редактор Т.Никольская Техред ММоргентал Корректор М.Ткач

Заказ 3905 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101