Спосіб очищення підземних вод від сполук заліза

Реферат: UA 80341 U UA 80341 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до очищення підземних вод від сполук заліза й може знайти застосування в системах господарсько-побутового й промислового водопостачання. Відомий спосіб знезалізнення підземних вод методом глибокої аерації, сутність якого полягає в окисненні киснем повітря закисного заліза в окисне з утворенням колоїду гідроокису заліза, його коагуляції при рН = 6,8-7,0 і виділення в осад у вигляді бурих пластівців [1]. При контакті води, що містить залізо (II), з повітрям, кисень розчиняється у воді, окисний потенціал системи підвищується, і якщо створюються умови для видалення частини розчиненої вуглекислоти, то рН системи зростає до значення, що забезпечує при даному окисному потенціалі випадіння в осад гідрату окиси заліза. При видаленні з води заліза (II), присутнього у формі бікарбонату, процеси окиснення й гідролізу вповільнюються через присутність вільно, що знижує рН води. Процес окиснення й гідролізу заліза (ІІ) можна прискорити шляхом видалення аерацією частини вільної вуглекислоти, або зв'язування її шляхом введення у воду вапна. Знезалізнення по методу глибокої аерації може здійснюватися в напірному й гравітаційному варіантах. Недоліком способу є, складність технологічної схеми, громіздкість устаткування щодо приготування, освітлення і дозування розчину вапна, неможливість повністю вилучити з води агресивну частину вуглекислоти через технічне виконання закритих напірних фільтрів. Ненадійність даного способу при знезалізненні низьколужних, слабокислих вод полягає в одержанні фільтрату, який володіє агресивними властивостями стосовно металу та бетону. Відомий спосіб знезалізнення води, що передбачає її аерацію, окиснення вапнування, коагуляцію, флокуляцію, з наступним відстоюванням або обробкою у завислому шарі осаду, і фільтруванням через зернисте завантаження. Спосіб застосовується при вмісті заліза у вихідній воді до 30 мг/л, лужності меншій за розраховану по формулі Л  2  Fe 2 / 28 , високій окисності води (більш 20 мг/л О2) [2]. Зазначена комбінація методів обробки води передбачає руйнування залізоорганічних комплексів і створення сприятливих умов для гідролізу і коагуляції сполук заліза (II) з наступним відділенням їх з води. Це досягається при видаленні вільної вуглекислоти й сірководню при аерації води, і зв'язуванням вуглекислоти, що залишилася, вапном. Вапнування підвищує лужність і рН води, створюючи сприятливі умови для окиснення, гідролізу і коагуляції заліза. Недоліком способу є недостатній ступінь видалення агресивного діоксиду вуглецю, пов'язаний з виконанням фільтрів у напірному варіанті, гальмування швидкості окиснення і гідролізу заліза, перевитрата розчину вапна, що витрачається на нейтралізацію надлишкових концентрацій діоксиду вуглецю після блоку аерації, недостатня окисна здатність розчиненого у воді кисню для руйнування залізоорганічних комплексів окиснення заліза (II), складність і громіздкість устаткування для приготування і дозування розчину вапна. Спосіб може бути застосовано до очистки слабокислих (5,5-6,5) підземних вод із низьким лужним резервом (Л = 0,5-2,0 мг-екв/л), вмістом заліза до 30 мг/л, ПО до 10 мго/л. Задачею корисної моделі є досягнення синергетичного ефекту від використання комбінаторики біофизико-хімічних методів очищення розташованих у певній послідовності і часі контакту з оброблюваною водою. Поставлена задача досягається тим, що у способі очищення підземних вод від сполук заліза, який передбачає її аерацію, підлуження, вапнування, коагулювання, флокування, з наступним відстоюванням або обробкою в шарі завислого осаду, і фільтруванням через зернисте завантаження, на стадії напірної аерації здійснюють зміну величин pH-Eh для створення області комфортної життєдіяльності залізобактерій, пероксид водню, який при цьому утворюється, одночасно вступає в реакцію з іонами двовалентного заліза з утворенням вільних радикалів та із ними окислює залізоорганічні комплекси, сполуки гідрокарбонату заліза, а гідроокис заліза, який утворився в процесі такого окислення, змішують із лужним реагентом та розчинами коагулянтів та флокулянтів для розділу фаз осаду, з одночасною стабілізаційною обробкою води. Блок аерації-дегазації використовується для насичення води киснем повітря, підвищення pH-Eh системи оптимальної для розвитку залізо бактерій, які асимілюють вуглець діоксиду вуглецю для своєї життєдіяльності в результаті якої виділяється пероксид водню в слабо кислому середовищі, взаємодія розчиненого у воді двовалентного заліза із пероксидом водню 0 0 0 відбувається з утворенням вільних радикалів: ОН ; Н2О2 ; О2 та синглетного кисню. 2+ 3+ 0 ˉ Fe + H2O2→Fe + ОН + ОН 0 0 ОН + Н2О2→OН2 + Н2О 0 0 ОН + НО2 →Н2О + О2 + О2  25 30 35 40 45 50 55 1  UA 80341 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пероксид водню, та вільні радикали окислюють як гідрокарбонат заліза, так і залізоорганічні комплекси, легкоокислювальні органічні сполуки, знижуючи величину перманганатної окисності води. В результаті виділення у воду, яка підлягає обробці, пероксиду водню, вільних радикалів, кисню, спостерігається підвищення редокс потенціалу системи з -500 - (-400) мВ до +100 ... +200 мВ, що переводить систему після біореактору із відновного до окисного стану. Гідроокис заліза, що утворюється в результаті життєдіяльності бактерій, а також оксиди заліза, є природними коагулянтами та каталізаторами цілого ряду хімічних реакцій, що відбуваються у біореакторі. Напрацьований у такий спосіб природний коагулянт змішується із розчином лужного реагенту, необхідного для підвищення лужного резерву системи, прискорення процесів коагуляції і флокуляції, хімічними реагентами, що вводяться після біореактора перед освітлювальним фільтром. До складу технологічної схеми входять: аераційний блок, біореактор, освітлювальний фільтр, реагентне господарство в складі блоків дозування лугу та коагулянту. Біореактор завантажується грубозерновим піском, гранітним відсівом  = 3-4 мм, висотою шару 1,5-2,0 м, освітлювальний фільтр - кварцовим піском  = 0,63-1,5 мм, висотою шару 0,7-1,0 м. Вибір товщини шару завантаження залежить від параметрів якості вихідної води: менша - при CFe = 10-15 мг/л, більша - при CFe = 15-30 мг/л. Швидкості фільтрування слід підтримувати на біореакторах 3-4 м/годину, на освітлювальних фільтрах 5-8 м/годину. Промивання біореактора й освітлювального фільтру проводиться 1 раз на добу. Спосіб очищення підземних вод від сполук заліза здійснюється таким чином. Вихідна вода проходить вузол аерації, що складається з напірної ємності із вмонтованими дрібнобульбашковими аераторами, що дозволяють одержати максимальну розчинність кисню в системі, яка працює під тиском і, тим самим, вилучити залишки вуглекислоти й сірководню, підвищити pH-Eh системи до комфортної межі життєдіяльності залізобактерій, іммобілізованих на інертній насадці біореактора, які асимілюють вуглець діоксиду вуглецю та розчинних органічних речовин та виділяють у процесі своєї життєдіяльності пероксид водню в концентраціях до 20-30 мг/л, вільні радикали, що дозволяє не тільки окислити сполуки бікарбонату заліза, але й руйнувати залізовуглеродні комплекси, окислювати легкоокисні органічні речовини, зменшити на 2-3 одиниці перманганатну окисність води. Гідроокис заліза, що виділяється в процесі життєдіяльності залізобактерій є природним коагулянтом, на якому сорбуються колоїдні частинки. Для прискорення проходження процесу коагуляції в систему додають розчин лужного реагенту оксихлорида алюмінію та неіногенного флокулянта. Утворення пластівців відбувається у надфільтровому просторі освітлювального фільтру, використовуваного для розділу фаз. Процеси коагуляції й флокуляції йдуть у системі з попередньо зміненими показниками лужності й рН, необхідними для оптимального проходження даного процесу. Додавання Na2CO3 після біореактору дозволяє підвищити лужний резерв системи та прискорює процес коагуляції та розділу фаз. Розчинений кисень, що подається через систему дрібнобульбашкової аерації в напірну ємність-сатуратор, використовується для максимального насичення води киснем повітря під тиском, що трохи вище, ніж у гравітаційних системах, і отже, більш якісно змінює pH-Eh системи до оптимальних меж життєдіяльності залізобактерій. Опинившись у комфортному ареалі для розвитку (pH-Eh системи, наявність розчинених 2+ органічних речовин, Fe , лужність > 2 мг-екв/л), закріплені на інертному носії залізобактерії інтенсивно виділяють Н2О2, яка у слабокислому середовищі взаємодіє із Н2О2 з утворенням вільних радикалів, що так само підвищує Eh системи та окислює розчинені органічні речовини й двовалентне залізо. Коагулянт, що утворювався природним чином, змішується з лужним реагентом, оксихлоридом алюмінію та неіногенним флокулянтом з утворенням великих пластівців. Використання напрацьованого гідроксиду заліза, дозволить на 20-30 % знизити витрату коагулянту в порівнянні із прототипом. Проведення коагуляції на стадії із зміненою бікарбонатною лужністю Л = 2-3 мг-екв/л і рН = 7,2-7,5, дозволяє провести процес коагуляції в 3+ надфільтровому просторі за tк = 20 xв. і запобігти проскок Аl за межі фільтра. Процес поділу фаз відбувається на освітлювальному фільтрі з інертним завантаженням із кварцового піску. Після проходження всіх ступенів очищення pH-Eh системи змішується з відновної зони до окисної зони, де не передбачається життєдіяльність залізобактерій, тим самим запобігаючи наступний їхній розвиток у схемі водопостачання населеного пункту. 2 UA 80341 U 5 Блок стабілізаційної обробки, як варіант, може бути використаний для повного виведення системи з агресивного стану. Використання соди, як реагенту, дозволить відмовитися від дорогого й громіздкого устаткування по приготуванню лужного реагенту (вапна). Джерела інформації: 1. Николадзе Г.Л. Обезжелезивание природных и оборотних вод. М., 1978 г., с. 26-27; 2. Николадзе Г.І. Обезжелезивание природных и оборотних вод. М., 1978 г., с. 44-45. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб очищення підземних вод від сполук заліза, який передбачає її аерацію, підлуження, вапнування, коагулювання, флокування, з наступним відстоюванням або обробкою в шарі завислого осаду, і фільтруванням через зернисте завантаження, який відрізняється тим, що на стадії напірної аерації здійснюють зміну величин pH-Eh для створення області комфортної життєдіяльності залізобактерій, пероксид водню, який при цьому утворюється, одночасно вступає в реакцію з іонами двовалентного заліза з утворенням вільних радикалів та із ними окислює залізоорганічні комплекси, сполуки гідрокарбонату заліза, а гідроокис заліза, який утворився в процесі такого окислення, змішують із лужним реагентом та розчинами коагулянтів та флокулянтів для розділу фаз осаду, з одночасною стабілізаційною обробкою води. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3