Спосіб очистки підземних вод від заліза

1. Способ очистки подземных вод от железа, включающий аэрирование, фильтрование через загрузку из дробленного при Изобретение относится к области очистки воды и может быть использовано для удаления из подземных вод соединений железа. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки подземных вод от железа [1] в качестве прототипа. При его реализации сырая вода аэрируется и фильтруется через двухслойную загрузку из дробленого клиноптилолита фракции 20-40 мм (верхний слой) и смеси клиноптилолита фракций 20-40 мм и 0,8-1,1 мм (нижний слой). Верхний слой высотой 0,9-1,0 м предназначен для снижения грязевой нагрузки на основной рабочий материал фракции 0,8-1,1 мм высотой слоя родного клиноптилолита и последующую промывку отработанной загрузки водой, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что используют клиноптилолит с размером зерен 1-4 мм, предварительно модифицированный раствором соли железа до содержания 0,5-1,5 г железа на 1 кг загрузки. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что предварительную модификацию клиноптилолита осуществляют & процессе очистки фильтрованием исходной железосодержащей воды со скоростью 1-5 м/ч. 3. Способ по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что при концентрациях железа в исходной воде до 2 мг/дм в ходе фильтрования в исходную воду дополнительно вводят соль железа. 0,8-1,2 м. Скорость фильтрования принимается постоянной и равной 7 м/ч. Фракционный состав материала определен с учетом следующих требований к процессу: возможности взвешивания при промывке и последующего осаждения мелких частиц клиноптилолита; снижения темпа прироста потерь напора в слое при фильтровании. Критический анализ рекомендуемых в прототипе параметров фильтрующего слоя позволяет установить следующие очевидные недостатки известного способа. В процессе промывки клиноптилолитовый щебень фракции 20-40 мм, составляющий каркас слоя, не расширяется и в нем накапливаются остаточные загрязнения, при во с > ел 00 00 О 15868 дящие к кольматации каркаса. Материал фракции 0,8-1,1 мм при промывке переносится в межзерновое пространство крупной фра-кции и после промывки неравномерно осаждается в каркасе, что приводит к обра- 5 зованию пустот в слое, 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 10 промывке, что усугубляет рассмотренную выше картину. П р и м е р 1. В табл.1 приведены результаты практической реализации прототипа. Через двухслойный фильтр, загруженный 15 клиноптилолитом фракции 20-40 мм и смесью фракций 20-40 и 0,8-1,1 мм, фильтровалась вода с концентрацией железа от 1,2 до 25,0 мг/дм . Известный способ позволял обеспечить хорошее качество фильтра- 20 та, однако в начальный период после промывки всегда имеет место ухудшение качества воды, показанное на чертеже и подробно рассмотренное ниже. Продолжительность этого ухудшения не учитывается 25 в полезную часть фильтроциклов, приведенных в табл. 1. Это отразилось, соответственно, и на объеме воды, качество которой соответствовало предельно допустимой концентрации £ПДК) железа (0,3 мг/дм3). 30 Кроме того, максимальная полезная продолжительность фильтроцикла даже для концентрации железа 1,2 мг/дм 3 не превышала 2-3 суток, что связано, в первую очередь, с чрезвычайно малым размером 35 фракций рабочего материала (0,8-1,1 мм). Это привело к увеличению числа промывок фильтров и, соответственно, среднесуточного расхода промывной воды на собственные нужды установки. 40 Таким образом, недостатком известного способа является малая продолжительность фильтроциклз при достаточной глубине очистки (концентрация железа в фильтрате на уровне ПДК), что приводит к„ 45 относительно невысокой производительности фильтра и большому расходу промывной воды. В основу настоящего изобретения положена задача создать такой способ очистки 50 подземных вод от железа путем ее фильтрования через зернистую загрузку, в котором использование модифицированного фильтрующего материала определенного фракционного состава обеспечило бы большую 55 продолжительность фильтроцикла при низкой остаточной концентрации железа в очищенной воде, что привело бы к снижению количества промывок отработанной загрузки и, как следствие, к снижению объема про мывной воды, а также к повышению удельной производительности фильтра. Для решения поставленной задачи предложен способ очистки подземной воды от железа, включающий аэрирование, фильтрование через загрузку из дробленого природного клиноптилолита и последующую промывку отработанной загрузки водой, в котором, согласно изобретению, используют клиноптилолит с размером зерен 1-4 мм, предварительно модифицированный раствором соли железа до содержания 0,5-1,5 г сорбированного железа на 1 кг загрузки. При этом предварительную модификацию клиноптилолита осуществляют в процессе очистки исходной железосодержащей водой фильтрованием ее со скоростью 1-5 м/ч или в исходную воду при концентрации в ней железа до 2 мг/дм в ходе фильтрования дополнительно вводят соль железа. Установлено, что использование заявленной фракции клиноптилолита, предварительно модифицированного солью железа до содержания 0,5-1,5 г железа на 1 кг загрузки, создает условия для эффективной сорбции железа из подземной воды при достаточно высокой грязеемкости фильтрующего слоя, что приводит к увеличению продолжительности фильтроцикла и соответствующему снижению количества промывок фильтра и объема промывной воды, а более высокая средняя скорость фильтрования приводит к увеличению производительности фильтра при сохранении концентрации железа в пределах ПДК. Такая совокупность существенных признаков предложенного способа является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата: продолжительность фильтроцикла составляет 1,5-6 суток при остаточной концентрации железа 0,08-0,29 мг/дм после фильтрования исходной подземной воды с концентрацией железа от 1,2 до 25,0 мг/дм3. При этом удельный объем очищенной за фильтроцикл воды составляет 285-1135 м на 1 м 2 площади фильтра, а суточный удельный расход промывной воды колеблется в пределах 1,1-5,2 м 3 на 1 м 2 площади фильтра. 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 желе 5 15868 за. Исходная железосодержащая вода по1-4 мм высотой слоя порядка 2 м. Загрузку сле аэрирования подается на фильтр и фильтщательно промывают водой или водой и труется через слой модифицированной воздухом. Затем через материал со скоротаким образом загрузки. При заилении зерстью 1-5 м/ч пропускают модифицирующий нистого слоя его промывают водой или во- 5 раствор солей железа или железосодержадой и воздухом. щую воду или их смесь. Окончание этого На промытый фильтр вновь подают испериода "зарядки" определяют, соответстходную железосодержащую воду, повторяя венно, химическим анализом загрузочного вышеописанный цикл фильтрования. При материала (0,5-1,5 г железа на 1 кг материпотере активности модифицированного 10 ала) или косвенно по кривой изменения каклиноптилолита вновь проводят обработку чества фильтрата, как это показано выше. материала раствором соли железа. После "зарядки" скорость фильтрования наНа чертеже показаны результаты опычинают повышать с 1-5 до 10-15 м/ч (и тов по очистке воды с концентрацией желеболее) с градиентом 1-2 м/ч, а затем подза 8 мг/дм на смеси клиноптилолита 15 держивают на этом уровне в течение суток фракции 20-40 и 0,8-1,1 мм (прототип) при и более. Предельные значения скорости фильтровании с постоянной скоростью 7 фильтрования и продолжительности фильтм/ч (кривая 1). Там же показана (кривая 2) роцикла определяются качеством фильтразависимость концентрации железа в воде, та, который должен соответствовать фильтрованной через дробленый клинопти- 20 требованиям соответствующего стандарта лолит фракции 1-4 мм, при изменении скопо железу, и значениями параметра, харакрости фильтрования после стадии теризующего потери напора в слое. По модификации от 3 до 13 м/ч (предлагаемый окончании цикла фильтрования загрузку способ). Скорость повышали с градиентом 2 промывают, а затем фильтр снова пускают м/ч после достижения кривой 2 точки "А" с 25 в эксплуатацию в режиме модифицироваконцентрацией железа 0,08 мг/дм 3 . Штриния материала. Цикл повторяется. ховой линией отмечена концентрация железа, соответствующая ПДК этого компонента П р и м е р 2. Для обоснования заявляев питьевой воде (0,3 мг/дм j . мых параметров процесса очистки воды от Как видно из чертежа, при фильтрова- 30 железа были выполнены опыты, подобные нии в режиме, соответствующем прототипу, описанному выше примеру. Их результаты имеет место длительное (30 ч) и значительпредставлены в табл.2. В зависимости от ное (в 5 раз) превышение нормативной конкачества исходной воды клиноптилолитовая центрации железа. Указанное время не загрузка фракции 1-4 мм предварительно может быть включено в полезную продол- 35 модифицировалась раствором сернокисложительность фильтроцикла (Тфі), которая в го железа (опыты 1-6), исходной железосоитоге меньше продолжительности цикла держащей водой (опыты 7-12) или их фильтрования в заявляемом способе (Тф2). смесью (опыты 13-18). В первом случае, заСравнительная характеристика известтраченное на модификацию (1,5-4 ч) время, ного и заявляемого способов, приведенная 40 не включалось в полезную производительв табл.1, показывает, что общая продолжиность фильтроциклов. тельность при включении в него первой (наУстановленные параметры в комплексе чальной) стадии повышается на 60-80%. обеспечивают преимущества предложенноПри этом в 1,3-1,8 раза сокращается общий го способа. Использование более крупной расход промывной воды. Оптимизация 45 загрузки (опыт 19) не позволяет обеспечить фракционного состава фильтрующего матенеобходимое качество фильтрата по железу риала в сочетании с естественной его моди(0,3 мг/дм3). Более мелкая загрузка (опыт 20) фикацией позволит увеличить объем быстро заиливается, что приводит к снижеочищенной воды на 45-130%. нию продолжительности фильтрования и Для обезжелезивания воды могут при- 50 производительности фильтра, а также кувеменяться традиционные системы аэрации личению удельного объема промывной во[градирни, распылители) и фильтры в безнады. Снижение скорости фильтрования порном и напорном вариантах. Приготовлемодифицирующего раствора (опыт 21) приние раствора солей железа (например, водит к значительному простою фильтра (7,5 сернокислого железа) производится в обыч- 55 ч) во время зарядки, а превышение скорости ных аппаратах для растворения, дозирова5 м/ч на стадии модификации (опыт 22) выние - стандартными дозаторами. зывает длительный начальный "проскок" железа в фильтрат. Снижение или увеличеВ обезжелезивающий фильтр, оборудоние количества модификатора в слое, накопванный дренажно-раслределительной сисленного при регенерации (опыты 23, 24) темами, загружают клиноптилолит фракции 15868 8 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. 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 Таблица 1 Г* эпытов Способ обеэже- КонцентМодификация пеэивэния воды рация же- Скорость Средняя Продолжилеза в фильтро- конценттельсырой ео- вания, м/ч рация же- ность, ч 3 леза в де, мг/дм фильтрате, мг/дм Известный \ 1 2 I.Z Предлагаемый Известный 5 0,13 60 13 0.03 53 113 989.0 1.5 _ 4 _ 7 0,16 42 42 294.0 3,3 1 8.0 25,0 Предлагаемый 3 0.11 35 11 0.04 36 71 501.0 2,6 _ Предлагаемый Известный 3 Фильтрование Суммарные показатели Средняя Средняя Продолжи- Общая Удельный Удельный скорость конценттельпродолжиобъем объем фильтро- рация же- ность, ч тельочищенпромыввания, м/ч леза в ность, ч ной воды ной воды, 3 2 за фильт- м /м сут фильтра3 те, мг/дм 00 ЦИКЛ, мЗ/м ! 7 0.09 61 61 427.0 2.2 — _ 7 О.30 25 25 175.0 6.7 1 0,21 16 10 0,12 24 40 256.0 з.а П р и м е ч а н и е . 1. Модификация загрузки - естественным способом - сырой водой. 2. Интенсивности подачи промывной воды: • известном способе - 14 я/с-м 2 . • предлагаемом - 1 6 л / с время промывки - S мин. Таблица 2 Концентра|ия железа, мг/дм Размер фракций. ОПЫТОВ мм 1 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 25,0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 1.2 1.2 1,2 1.2 1.2 1,2 12 13 14 15 16 17 18 8,0 8.0 8.0 8.0 8,0 8.0 19 20 21 22 23 24 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Паоаметры процесса • 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 1-4 Скорость. м/ч 1 3 S 3 3 3 1 3 5 3 3 э 1 1-4 1-4 3 5 3 3 3 3-Ю 3 1-4 и 1-4 0.5-1 1-4 1-4 1-4 1-4 э 0.5 10 3 3 Модификация Количество Средняя кон- Продолжимодификатоцентрация тельность, ч ра, г/кг железе й фильтрате. мг/дм 3 Предлагаемый способ 4.0* 1.1 1.0 3.5* 1,2 2,5* 0,5 1.5» 3.5* 1.1 1.S 4,0* 0.20 1.0 16 0,23 1.0 13 0.9 0.28 11 0,6 0.Z5 9 0,9 0.23 12 0,22 1.5 18 0,08 79 1.1 0.08 0.9 68 0.11 1.0 60 0.07 0.5 49 0.9 0.08 71 0.07 1,5 93 Запоеделы ные значения 1.0 10' 0.5 8 1.1 1.0 7,5* 0,94 27* 1.0 0.28 0,2 10 2.0 0.25 22 Скорость. м/ч Фильтооаание Средняя кон- Продолжицентрация тельность, 1 железа в фильтрате. мг/дм 10 13 15 13 13 13 10 13 15 13 13 13 10 13 15 13 13 13 0,08 0.15 0.21 0.18 0.16 0.10 0.21 0,27 0.29 0.28 0,25 0.24 0.09 0.13 0.15 0.19 0.14 0,07 47 36 28 39 34 31 28 24 19 31 26 24 68 59 53 76 57 49 13 13 13 13 13 13 0.65 0.12 0.22 0,25 0.42 0.15 7 31 12 5 7 0.16 42 ІТОТИП 8,0 25 20-40 0.8-1.1 7 0.8 30* 15868 Концентрация железа. мг/дм 3 опытов 10 Показатели Общая полезная Удельный обьем очи УДРЛЬНЫЙ расход промывной воды м /м п родолжител ь н ос гь щенмой воды м /м ч 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 * 25.0 U U U и 12 12 во 8,0, W 4.0 8,0 1 2 3 4 5 Б 7 47 36 28 39 34 31 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 44 37 30 40 38 42 147 127 113 125 12S 142 19 20 21 22 23 24 15 31 12 10 27 в Продолжение Способ модификации Сут Предлагаемый способ 470 4&3 420 507 442 403 296 351 285 430 374 366 759 971 1095 1135 954 916 Запредельные значения 115 403 156 30 131 34 4 t 5.2 40 42 48 3.7 4.5 54 40 42 38 1 1 13 1.4 13 13 1 1 Принудительна» солью железя (1) -•- • - • _ - " Естественная железосодержащей водой (2) _-_ -•_ --Комбинированная железосодержащей содоА с сопью железа (3) -- 10 8 4.2 4.2 6.1 ПООТОТИП во 25 42 ' — данные не учитывались в показателях процесса 294 3,3 Продолжи тельное ть