Спосіб очищення підземної води від заліза

Спосіб очищення підземної води від заліза, що включає аерування та фільтрування через шар модифікованого природного зернистого завантаження, який відрізняється тим, що як модифіковане природне завантаження використовують цеолітовий туф, що містить кліноптилоліт та інертну складову при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кліноптилоліт 60-90 інертна складова 10-40. причому використовують цеолітовий туф з еквівалентним діаметром часток 1,2-2,0 мм. (19) (21) a201001380 (22) 10.02.2010 (24) 12.09.2011 (46) 12.09.2011, Бюл.№ 17, 2011 р. (72) КУЛІШЕНКО ОЛЕКСІЙ ЮХИМОВИЧ, ОСТАПЕНКО ВОЛОДИМИР ТРОХИМОВИЧ, ГОНЧАРУК ВЛАДИСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, КРАВЧЕНКО ТАМАРА БОРИСІВНА, ПОЛЯКОВ ВАЛЕРІЙ ОМЕЛЯНОВИЧ, ОСТАПЕНКО РОМАН ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 15868 C1, 30.06.97, весь документ & SU 1773878 A1, 07.11.92, весь документ RU 2056934 C1, 27.03.1996, весь документ 3 рюються застійні зони, що в кінці-кінців призводить до кольматації завантаження та його заміни. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб очищення підземних вод від заліза (патент України №15868, Бюл. №3, опубл. 30.06.97 p.) [3]. Суть способу полягає в наступному. Підземну воду аерують та фільтрують через шар зернистого фільтруючого завантаження. Як завантаження використовують природний кліноптилоліт з розміром зерен 1…4 мм, попередньо модифікований залізом. Модифікацію кліноптилоліту здійснюють, наприклад, фільтруванням залізовмісної вихідної води протягом першої доби зі швидкістю 1…5 м/год. Таким чином забезпечується попередня зарядка завантаження, а сорбоване залізо слугує додатковим каталізатором у процесі знезалізнення. Наступну добу підвищують швидкість фільтрування з градієнтом 2 м/год. до швидкості 10…15 м/год., з якою фільтр діє до кінця фільтроциклу, тобто до накопичення в завантаженні критичної кількості гідроксиду заліза. Після цього фільтруюче завантаження промивають водою або водою з повітрям та фільтр знову включають в роботу. Проте з матеріалів способу [3], Фіг.1, видно, що фільтр виходить на стабільну якість фільтро3 ваної води (0,05 мг/дм ) тільки після двох діб фільтрування. Протягом цих двох діб середня концент3 рація заліза в очищеній воді становить 0,15 мг/дм . Для оцінки продуктивності фільтру діаметром 1,0 м. з висотою завантаження 1,8 м, діючого за способом [3], розрахували витрати води через нього, виходячи з швидкостей фільтрування: 1-а доба - 2 м/год.; перша половина 2-ї доби - 6 м/год. (зростання від 2 до 10 м/год. з градієнтом 2 м/год.), друга половина 2-ї доби та 3-я доба - 10 м/год. Загальна середня продуктивність фільтра за 3 фільтроцикл становила 6,5 м /год. при робочій 3 продуктивності 10 м /год., тобто фактично була зменшена на 35 %. Таким чином, недоліками відомого способу [3] є недостатньо висока загальна продуктивність та тривалий час виходу на стабільну якість фільтрованої води. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб очищення підземної води від заліза шляхом використання природного цеолітового завантаження, яке включає активний та інертний компоненти, з оптимізацією фракційного складу завантаження, що забезпечило би збільшення загальної продуктивності фільтра та зменшення часу його виходу на стабільну якість фільтрованої води. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення підземної води від заліза, що включає аерування та фільтрування через шар модифікованого природного зернистого завантаження, в якому, згідно з винаходом, як модифіковане природне завантаження використовують цеолітовий туф, при цьому еквівалентний діаметр часток цеолітового туфу становить 1,2-2,0 мм. Поставлена задача вирішується й складам цеолітового туфу, який, згідно з винаходом, містить 95840 4 кліноптилоліт та інертну складову при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кліноптилоліт 60-90 інертна складова 10-40. В способі, що заявляється, як завантаження використовують модифікований природний цеолітовий туф, складовими якого є активна сорбційна складова - кліноптилоліт, та інертна мінеральна складова - монтморилоніт, кварц, польовий шпат, карбонати, слюда та ін. компоненти. Як ми вважаємо, при фільтруванні мінеральна складова посилює автокаталітичний ефект процесу знезалізнення, що зменшує час виходу фільтра на стабільну якість фільтрованої води. З початку фільтроциклу фільтр діє з робочою швидкістю, завдяки чому збільшується його продуктивність. Це ілюструється діаграмою, показаною на Фіг.1, на якій зображені два варіанти результуючих кривих якості фільтрованої води Сх/С0 в залежності від безрозмірного часу фільтрування (числа обмінів води в шарі завантаження) в. Якість фільтрату описується інтегральною кривою: Сх/С0-f(Ө)1+f(Ө)2-1, (1) де f(Ө)1 - сорбційна складова процесу, f(Ө)2 автокаталітична складова процесу, Ө - безрозмірний час фільтрування. Варіант 1. Відображено механізм дії відомого способу [3], в якому застосований "чистий" кліноптилоліт. Криві 1 та 1'. В початковий період експлуатації кліноптилоліт очищає воду виключно за рахунок сорбції. Концентрація заліза на виході з установки близька до нуля, поки фронт сорбції заліза по висоті шару завантаження ("сорбційна хвиля") не наблизиться до виходу з фільтра. Після цього крива якості фільтрату набуває вигляду кривої сорбції 1, на яку накладаються ефекти, пов'язані з автокаталітичною зарядкою завантаження (автокаталітична крива 1'). Зарядка кристалічної решітки кліноптилоліту починається з вичерпанням його іонообмінного ресурсу. Результуюча крива якості Сх/С0-f(Ө) набуває вигляду піку з верхівкою у точці Х1. Після цього якість фільтрату починає поліпшуватись до стабілізації концентрації заліза у точці T1. За відомим способом з метою зменшення цього піку збільшують час контакту води із завантаженням, для чого фільтрування на початку фільтроциклу ведуть зі зниженою до 1…5 м/год. швидкістю (продуктивністю). Варіант 2. Відображено механізм дії способу, що пропонується, в якому застосований цеолітовий туф, що вміщує 10…40 % інертної складової. Криві 2 і 2'. При використанні цеолітового туфу процес автокаталітичної зарядки починається відразу з початком роботи фільтра на поверхні інертних включень у породі, тобто з випередженням моменту вичерпання іонообмінного ресурсу кліноптилолітової складової. На поверхні зерен утворюється складний комплекс оксидів заліза, в міжзерновому просторі накопичуються пластівці гідроксиду заліза. Автокаталітична крива 2` зміщується до початку координат і стає більш спадною, внаслідок чого пік Х2 результуючої кривої Сх/С0 5 f(Ө) знижується. Стабілізація концентрації заліза у фільтраті відбувається в точці T2, причому T2