Способ очистки питьевой воды

 

Изобретение относится к реагентным способам обработки подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения и, в частности, предназначено для очистки воды от железа и марганца при их совместном присутствии. Способ очистки питьевой воды включает последовательную обработку очищаемой воды перманганатом калия и пероксидом водорода с последующим фильтрованием на песчаных фильтрах, причем пероксид водорода подают в соотношении 1:3 к избытку перманганата калия, а соотношение доз перманганата калия и пероксида водорода при обработке воды составляет соответственно от 15:1 до 6:1. Кроме того, перманганат калия дозируют в избытке по отношению к его стехиометрическому количеству, необходимому для окисления двухвалентного железа и марганца. Способ обеспечивает повышение степени очистки питьевой воды от железа и марганца при их совместном присутствии, включая коллоидные формы соединений этих металлов, в условиях низких температур, низкой щелочности и пониженной жесткости воды. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к реагентной очистке подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, и, в частности, способ предназначен для очистки подземных вод от железа и марганца при их совместном присутствии в условиях низких температур, низких значений щелочности и жесткости воды.

Как известно (Г.И.Николадзе. “Улучшение качества подземных вод”. М., Стройиздат, 1987), очистка подземных вод от железа и марганца при температуре очищаемой воды >4... 5° С, щелочности и жесткости более 2 мг-экв/л не представляет затруднений и при воздействии реагентов-окислителей, каковым, например, является в известных технологиях перманганат калия, проходит в штатном режиме: двухвалентные ионы железа и марганца окисляются соответственно до трехвалентного и четырехвалентного состояния, образуя нерастворимые в воде продукты реакции. Этот процесс описывается следующими уравнениями реакций:

3Fе²⁺+МnO^-₄+8Н₂O→ 3Fе(ОН)₃↓ +MnO(OH)₂↓ +5H⁺;

3Мn²⁺+2MnO^-₄+3H₂O→ 5MnO(OH)₂↓ +4H⁺.

Продукты реакции в виде взвешенных веществ обычно отделяются фильтрованием на песчаных фильтрах.

При пониженных температурах, низкой щелочности и жесткости эти процессы протекают медленно, образуя мелкодисперсные продукты реакции, которые не могут быть задержаны фильтрованием через песок. Следствием этого является просачивание загрязнений в фильтрат, то есть качество очищенной воды не соответствует предъявляемым требованиям.

Известен способ очистки подземных вод от железа и марганца, заключающийся в дозировании в проточную воду раствора перманганата калия с последующим задержанием продуктов реакции на фильтрах (см. “Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий”, М., Стройиздат, 1977, стр.192-193).

Данный способ позволяет достичь остаточных концентраций по железу и марганцу соответственно 0,3 и 0,1 мг/л. Это удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 “Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества”.

Однако эта технология не позволяет обеспечить необходимое качество очищенной воды по железу и марганцу при их совместном присутствии в условиях низких температур (менее ° С), низкой щелочности (не более 1,2 мг-экв/л) и низкой жесткости воды (не более 1,0 мг-экв/л).

Известен способ очистки воды от железа, заключающийся в обработке воды раствором пероксида водорода с последующим отделением продуктов реакции (см., например, В.С.Алексеев и др. “Обезжелезивание подземных вод в пласте с помощью перекиси водорода”, журнал “Водоснабжение и сантехника”, 1981, №6, стр.25).

Этот способ позволяет окислить двухвалентное железо до трехвалентного состояния и отделить его от воды

2Fe²⁺+Н₂O₂+2H⁺→ 2Fe³⁺+2Н₂O;

Fe³⁺+3Н₂O→ Fе(ОН)₃↓ +3H⁺.

Но этот способ обеспечивает очистку воды при наличии в ней достаточного щелочного резерва (щелочность воды не менее 2 мг-экв/л).

Кроме того, этот способ не позволяет очистить воду от марганца.

Задачей настоящего изобретения является повышение степени очистки питьевой воды от железа и марганца при их совместном присутствии, включая коллоидные формы соединений этих металлов, в условиях низких температур, щелочности и жесткости.

Поставленная задача решается тем, что очистка питьевой воды, включающая ее обработку перманганатом калия и последующее фильтрование, дополнительно содержит обработку пероксидом водорода.

Особенностью способа является то, что обработку воды проводят последовательно, сначала перманганатом калия, а затем пероксидом водорода.

Другой особенностью способа является то, что перманганат калия дозируется в избытке по отношению к его стехиометрическому количеству, необходимому для окисления двухвалентных ионов железа и марганца, а пероксид водорода подается в соотношении 1:3 к избытку перманганата калия.

Еще одной особенностью способа является то, что соотношение доз перманганата калия и пероксида водорода, подаваемых в очищаемую воду, составляет соответственно от 15:1 до 6:1.

Очистка воды по данному способу осуществляется следующим образом.

Подземные воды, содержащие двух- и трехвалентное железо, а также марганец в концентрациях 5-30 ПДК при естественных температуре (1,5-2,5° С), щелочности (не более 1,2 мг-экв/л) и жесткости (не более 1,0 мг-экв/л) подают в первую камеру смешения - реакции, перед которой в поток дозируют раствор перманганата калия.

Первая камера смешения выполнена в виде вертикального перегородчатого смесителя.

Введение в поток очищаемой воды раствора перманганата калия осуществляют через, например, штуцер, вмонтированный в трубопровод перед первой камерой смешения.

Устройство ввода раствора перманганата калия содержит также дозатор, выполненный, например, в виде мембранного насоса с электромагнитным приводом, и расходный бак раствора реагента. Затем, после первой камеры смешения, в воду дозируют раствор пероксида водорода. После чего очищаемую воду подают во вторую камеру смешения-реакции, где происходит процесс восстановления избыточного количества перманганата калия.

После второй камеры смешения очищаемую воду пропускают через засыпной, например, песчаный фильтр, после которого определяют остаточные концентрации железа и марганца в воде.

Один из вариантов осуществления изобретения.

Подземную воду с содержанием железа трехвалентного до 2,0 мг/л в коллоидной форме, железа двухвалентного до 2,5 мг/л, марганца 0,5 мг/л при температуре 2° С, щелочности до 1,0 мг-экв/л и жесткости до 1,0 мг-экв/л подают протоком на очистную установку, содержащую две камеры смешения и оборудование для ввода в проходящий поток очищаемой воды растворов реагентов.

Перед первой камерой смешения в очищаемую воду дозируют перманганат калия дозой 5,0-7,0 г/м³.

Перед второй камерой смешения в проходящий поток дозируют пероксид водорода дозой 0,3-0,8 г/м³.

Затем очищаемую воду фильтруют через известные песчаные фильтры.

В результате очистки получают воду с содержанием железа общего не более 0,2мг/л, марганца не более 0,1 мг/л. Железо двухвалентное отсутствует. Цветность очищенной воды не более 5° БКШ (бихромат-кобальтовой шкалы), мутность не более 0,5 мг/л, запахи и привкусы отсутствуют.

Другим вариантом осуществления изобретения является следующий.

Подземную воду с содержанием железа трехвалентного до 2,0 мг/л в коллоидной форме, железа двухвалентного до 2,5 мг/л, марганца 0,5 мг/л при температуре 1,8° С пропускают через описанную установку, где в очищаемую воду последовательно дозируют и смешивают с ней перманганат калия дозой 6-8 г/м³ и пероксид водорода дозой 0,5-1,0 г/м³. Затем воду фильтруют через песчаные фильтры.

В фильтрованной воде содержится железа общего не более 0,1 мг/л, железа двухвалентного - не обнаружено, марганца не более 0,05 мг/л. Цветность очищенной воды не более 3°БКШ, мутность не более 0,3 мг/л, запахи и привкусы отсутствуют.

При проведении процесса очистки воды происходит окисление перманганатом калия двухвалентного железа и двухвалентного марганца.

Избыток дозы перманганата калия восстанавливается пероксидом водорода согласно уравнению

2КМnO₄+3Н₂O₂→ 2МnО(ОН)₂↓ +3O₂↑ +2КОН.

Образующийся гидрат диоксида марганца - Mn(OH)₂ - является мощным сорбентом-соосадителем и переводит в твердую фазу коллоидные формы окисленных железа и марганца, а также соединения, придающие очищаемой воде цветность, привкусы и запахи.

Изобретение обеспечивает высокую степень очистки от всех форм железа и марганца в условиях низких температур, низкой щелочности и жесткости воды.

Формула изобретения

1. Способ очистки питьевой воды, включающий ее обработку перманганатом калия и последующее фильтрование, отличающийся тем, что воду дополнительно обрабатывают пероксидом водорода, причем пероксид водорода подается в соотношении 1:3 к избытку перманганата калия, а соотношение доз перманганата калия и пероксида водорода при обработке воды составляет соответственно от 15:1 до 6:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку воды проводят последовательно, сначала перманганатом калия, а затем пероксидом водорода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перманганат калия дозируется в избытке по отношению к его стехиометрическому количеству, необходимому для окисления двухвалентного железа и марганца.