Спосіб очистки води від заліза і марганцю

1 Спосіб очистки води від заліза і марганцю, що включає обробку окиснювачем та фільтрування через багатошарове завантаження, який відрізняється тим, що як перший шар завантаження по ходу оброблюваної води використовують метаформу каолініту, як другий шар - марганецьвмісний матеріал, а як третій шар - подрібнений природний клиноптилоліт, і процес фільтрування води здійснюють при одночасній обробці и озоном і багатократному фільтруванні через завантаження 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що застосовують каолініт кулястої форми з середнім розміром частинок 2-4 мм Винахід відноситься до області обробки води, зокрема, до способу очистки води від ІОНІВ важких металів і може бути використаний для одержання питної води з природних джерел, в тому числі з підземних вод, при індивідуальному та колективному водокористуванні у невеликих населених пунктах, окремих господарствах, багатоквартирних будинках, а також на дачних ділянках Відомий спосіб очистки води від заліза для одержання питної води з місцевих джерел при індивідуальному водокористуванні [РФ, патент № 5 2021212, МПК С 02 F 1/64, опубл 1994 г ] [1] Суть способу полягає в обробці вихідної води (з вмістом заліза - 3,3 мг/дм3, ХПК - ЗО мг/дм3, мікробним числом - ЗО мікробних тіл в 1 см3) окисником, в якості якого використовують повітря, та подальшому фільтруванні через гранульоване завантаження з карбонатного мінералу В процесі очистки відбувається насичення води повітрям, окиснення двовалентного заліза до тривалентного та відфільтровування осаду гідроксиду заліза Освітлена вода проходить додатковий фільтр фінішної очистки, який містить активоване і посрібнене вугілля, де видаляються органічні домішки і вводиться іонне срібло для знезараження і консервації питної води мт/см В матеріалах джерела [1] відсутні дані з очистки води від марганцю Як випливає з наших даних (див таблицю) відомий спосіб [1] є неефективним у процесі очистки від ІОНІВ марганцю води, що містить високу концентрацію марганцю як в присутності заліза, так і за його відсутності залишкова концентрація марганцю складає 1,8 мг/дм3 (склад 1) і 3,2 мг/дм3 (склад 2), що значно перевищує ГДК по марганцю (ГДК складає 0,1 мг/дм3) (ГОСТ 2874-82) [2] Крім того, спосіб [1] без фільтра фінішної очистки дозволяє знизити ХПК всього на 4-7 %, а мікробне число навіть зростає (див таблицю), що викликано розростанням мікробних колоній утовщі загрузки Таким чином, основним недоліком відомого способу [1] є те, що він непридатний для очистки води, яка містить високу концентрацію марганцю, навіть при наявності фільтру фінішної очистки Використання фільтру фінішної очистки робить відомий спосіб [1] більш складним і дорогим, оскільки ефективність очистки води від органічних речовин та мікроорганізмів з допомогою даного фільтру досить низька, що також є недоліком способу Найбільш близьким до винаходу за сукупністю ознак і результатом, який можна досягти, є спосіб очистки природної води від заліза та марганцю [РФ, патент № 2038329, МПК3 С 02 F 1/64, В 01 D 24/22, опубл 1995] [3] Спосіб реалізується наступ Відомий спосіб [1] передбачає очистку води від ІОНІВ заліза, органічних домішок та мікроорганізмів залишкова концентрація заліза складала 0,1 мг/дм3, ХПК - 24 мг/дм і мікробне число - 27 вш О о 42097 ним чином підземну воду, що містить залізо і марганець (в концентраціях 8-10 мг/дм3 і 0,15 мг/дм3, ВІДПОВІДНО) обробляють окисником (повітря) і фільтрують через двохшарове комбіноване завантаження що складається з полімерного матеріалу (наприклад, крупнопористого поролону) та кварцевого піску Реалізація способу [3] дозволяє знизити вміст заліза і марганцю до СЛІДІВ, тобто практично залізо і марганець видаляються повністю Такий результат одержаний при очищенні вихідної води з концентрацією заліза 8-10 мг/дм3 і марганцю - 0,15 мг/дм3 Нами показано (див таблицю), що у випадку, якщо вода містить більш високу концентрацію марганцю (2-3 мг/дм3) поряд з залізом (8-10 мг/дм3), або марганець без заліза, то спосіб [3] не дозволяє глибоко очищати воду від марганцю Це обумовлено тим, що у відомому способі [3], як ми вважаємо, видалення невеликої КІЛЬКОСТІ марганцю досягається за рахунок його сорбції на пластівцях гідроксиду заліза, які з'являються в результаті коагуляції Відсутність у природній воді розчиненого заліза чи наявність високих концентрацій марганцю не дозволяє ефективно очищати воду від ІОНІВ марганцю Таким чином, ВІДОМІ способи очистки природних вод не забезпечують високої якості питної води, оскільки при очищенні природних вод з високим вмістом марганцю як в присутності, так і за відсутності заліза, ефективність видалення з води ІОНІВ марганцю досить низька Крім того, ВІДОМІ способи не дозволяють видаляти органічні забруднення і знезаражувати воду з високою ефективністю Задача винаходу полягає у вдосконаленні способу очистки води від заліза і марганцю шляхом створення більш ефективних умов протікання окиснювально-сорбційного процесу очистки води, що забезпечує одержання якісної питної води при очищенні природної води від ІОНІВ заліза та марганцю при їх високому ВМІСТІ у воді, розширення функціональних можливостей способу в результаті глибокої очистки води від ІОНІВ заліза та марганцю, що присутні у воді одночасно, чи тільки від ІОНІВ марганцю, чи тільки від ІОНІВ заліза, як при малих, так і при високих їх концентраціях, а також зниження вмісту органічних домішок і мікробного зараження води Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб очистки природної води від заліза і марганцю, який включає обробку окисником і фільтрування через багатошарове завантаження, в якому, згідно з винаходом, як перший шар завантаження по ходу оброблюваної води використовують метаформу каолшггу, як другий шар - марганецьвмісний матеріал, а як третій шар - подрібнений природний клиноптилоліт, і процес фільтрування здійснюють при одночасній обробці и озоном і багатократній циркуляції через завантаження При цьому використовують каолініт кулястої форми з середнім розміром частинок 2-4 мм Сутність винаходу полягає в тому, що при багатократній циркуляції через багатошарове завантаження, яке містить (по ходу оброблюваної води) метаформу каолшггу, марганецьвмісний матеріал та подрібнений природний клиноптилоліт, створюються ефективні умови протікання окисню вально-сорбційного процесу очистки води швидке та ефективне окиснення ІОНІВ заліза і марганцю, глибока деструкція органічних забруднень, практично повне знищення мікроорганізмів та кількісне видалення гідроксидів заліза і марганцю, які утворюються в процесі окиснення Додатковим результатом є досить глибока очистка води від ІОНІВ важких металів свинцю, олова, цинку, МІДІ, ртуті, а також радіонуклідів Таким чином, сукупність суттєвих ознак запропонованого способу є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату, що забезпечується винаходом - низькі залишкові концентрації заліза і марганцю на рівні і нижче ГДК (при початкових концентраціях заліза (8-10 мг/дм3) та марганцю (2-3 мг/дм3), високу ступінь очистки від органічних речовин (ХПК на рівні 8-12 мг/дм3) та практично повне знезараження (мікробне число 10-18 мікробних тіл в 1 см3) Спосіб реалізовано наступним чином Очищенню піддавали воду з природних джерел з різним вмістом забруднень (склади 1, 2 і 3, таблиця) Вихідна очищувана вода обробляється окисником, в якості якого використовують озон у вигляді озоно-повітряної суміші, що містить 5 мг озону в 1 дм 3 ОПС, в результаті чого вона насичується озоном, що призводить до швидкого і ефективного окиснення заліза і марганцю та формування осадів їх гідроксидів Потім насичена озоном вода спрямовується на фільтрування через багатошарове завантаження висотою 25 см, розташоване в корпусі діаметром - 20 см та висотою - 50 см, після чого знову повертається для озонування Витрати обробленої води складали ЗО дм3/год, озоноповітряної суміші - 60 дм3/год Таким чином, процес очистки здійснюють при одночасній обробці води озоном і багатократній циркуляції її через багатошарове завантаження Експериментально встановлено, що кратність циркуляції, оптимальна з точки зору досягнення глибокої очистки води складів 1-3 від заліза, марганцю, органічних сполук і мікробів, складає 25 в залежності від концентрацій забруднень Багатократна циркуляція через завантаження дозволяє збільшити час контакту води з окисником, що сприяє більш повному видаленню органічних домішок, в тому числі таких, як фенол і пестициди, а також мікроорганізмів, заліза і марганцю Як випливає з представлених у таблиці даних, очищена запропонованим способом вода характеризується наступними показниками залізо 0,03 мг/дм3, марганець - 0,04 мг/дм3, ХПК - 8-12 мг/дм3, мікробне число -10-18 м т/см 3 Важливим моментом є порядок розташування шарів завантаження по ходу фільтрування обробленої води Ефективна очистка забезпечується при дотриманні наступного порядку метаформа каолшггу, марганецьвмісний матеріал, подрібнений природний клиноптилоліт При ЗМІНІ порядку розташування шарів завантаження ефективність очистки знижується Розмір частинок завантаження обмежений з наступнихміркувань зменшення розмірів частинок призводить до різкого зростання динамічного опору при фільтруванні води через завантаження, а збільшення розмірів частинок - до зниження ефективності очистки 42097 У ВИХІДНІЙ і очищеній воді визначали вміст заліза і марганцю, ХПК та мікробне число Концентрацію заліза, марганцю, ХПК і мікробне число визначали за відомими методиками [Л А Кульскии, И Т Гороновский, А М Когановский, М А Шевченко Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды, Киев, Наукова думка, 1980, Ч 1] [4] Переваги запропонованого способу в порівнянні з відомими підтверджуються даними таблиці Використання запропонованого способу дозволяє одержати якісну питну воду з вмістом заліза, марганцю, ХПК і мікробним числом нижче ГДК, що не досягається відомими способами (за виключенням заліза) Особливо ефективним є використання способу для видалення марганцю при його досить високих концентраціях, органічних сполук та мікробів Так, в порівнянні з найбільш близьким аналогом [3], реалізація запропонованого способу забезпечує зниження залишкової концентрації марган цю в 40-75 разів, заліза - в 3 рази, ХПК - в 3-4 рази, мікробів - в 14-19 разів Перевагою способу є прискорення процесу очистки води у 2-3 рази Потрібно зазначити, що в результаті реалізації способу досягається глибока очистка води від ІОНІВ заліза і марганцю, які присутні у воді одночасно, або тільки від ІОНІВ марганцю, чи тільки від ІОНІВ заліза, як при малих, так і при високих їх концентраціях, а також зниження вмісту органічних домішок та мікробного зараження води Таким чином, очистка води по заявленому способу дає високі результати з видалення ІОНІВ марганцю, заліза, важких металів, з деструкції органічних сполук (фенолів, пестицидів, хлороформу та ш) і з дезінфекції при обробці підземних і поверхневих вод, забезпечує одержання високоякісної питної води для населення Параметри води Способи очистки води Склад 1 Залізо, мг/дм Марганець, мг/дм3 ХПК, мг/дм3 Склад 2 Мікробне число, м.т./см3 Марганець, мг/дм3 Склад 3 ХПК, мг/дм3 Мікробне число, м.т./см3 Залізо, мг/дм3 ХПК, мг/дм3 Мікробне число, м.т./см3 52 230 10,8 24 126 Вихідна вода 8,4 2,1 32 312 3,2 Очищена вода Спосіб [ 1 ] п Спосіб [3] 0,1 1,8 ЗО 374 3,2 50 289 0,2 23 186 0,1 1,6 ЗО 348 3,0 49 261 0,1 22 143 0,03 0,04 10 18 0,04 12 15 0,03 8 10 Спосіб, що заявляється показники очистки води без фільтру фінішної очистки Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3