способ удаления железа и фтора из подземных вод

Формула изобретения

1. СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И ФТОРА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД, включающий фильтрование, отличающийся тем, что после модификации фильтрующей загрузки коагулянтом ее дополнительно обрабатывают водным раствором полифосфатов или замещенных ортофосфатов натрия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют соли железа или алюминия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке подземных вод от железа и фтора и может быть использовано при очистке подземных вод для хозяйственно-питьевых целей.

Известен способ удаления железа из подземных вод, включающий фильтрование через модифицированную загрузку, обработанную водным раствором сернокислого закисного железа и водным раствором перманганата калия [1]

Недостатком данного способа очистки воды является то, что он позволяет удалить только один элемент железо. Кроме того, этот способ связан со значительным расходом перманганата калия, что резко удорожает процесс очистки.

Известен способ удаления фтора, включающий обработку щелочными реагентами, сорбцию во взвешенном слое в контактной камере при концентрации во взвешенном слое в контактной камере 50-100 г/л и при рН воды 9-9,5 [2]

Недостатком данного способа удаления фтора из подземных вод является наличие в схеме очистки двух стадий стадии сорбции в контактной камере и стадии отделения осадка при фильтровании, а также невозможность удаления других элементов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ удаления железа и фтора при двухстадийной обработке: первая стадия удаление железа с использованием предварительного окисления, а затем отделение гидрооксида железа при фильтровании; вторая удаление фтора сорбцией на осадке гидрооксидов металлов [3]

Недостатком этого способа является необходимость удаления железа и фтора поэтапно: сначала удаляется железо, а затем фтор. Такая технологическая схема громоздка, требует строительства очистных сооружений, в два раза больших по объему.

Технический результат изобретения удаление железа и фтора в одном сооружении и как следствие этого снижение капительных затрат и увеличение производительности очистных сооружений.

Технический результат достигается тем, что в способе одновременного удаления железа и фтора из подземных вод, включающего фильтрование, после модификации загрузки коагулянтом ее дополнительно обрабатывают водным раствором полифосфатов или замещенных ортофосфатов натрия.

При пропуске раствора коагулянта через загрузку происходит образование молекулярного слоя вокруг зерен загрузки. Затем через такую загрузку пропускают растворы полифосфатов или ортофосфатов натрия. Все полифосфаты имеют линейное строение фосфат-анионов или циклическое. При этом происходит образование комплексных соединений, так как фосфаты при определенных условиях образуют полимерные соединения, а в сочетании с коагулянтами происходит комплексообразование и эти комплексы способны задерживать ионы железа и фтора.

Способ осуществляют следующим образом.

Через песчаную кварцевую загрузку снизу вверх подают водный раствор коагулянта, например сернокислого алюминия, концентрацией от 1 до 3% затем после такой обработки подают раствор полифосфатов, например одно-, двух- или трехзамещенных ортофосфатов, содержащих соответственно Н₂РО₄^-, НРО₄^2-, РО₄^3- анионы, концентрацией от 1 до 3% При этом вокруг зерен загрузки образуется тонкий слой комплексного соединения.

После подготовки загрузки к работе начинают сразу фильтровать подземную воду, содержащую ионы железа и фтора, без предварительного окисления. Затем происходит одновременное удаление ионов железа и фтора из подземных вод в результате процесса адсорбции и ионного обмена, которые одновременно происходят в тонком слое комплексного соединения, образовавшегося в результате предлагаемого способа удаления ионов железа и фтора.

Предлагаемый способ удаления железа и фтора из подземных вод осуществляется в одном сооружении при извлечении из воды двух элементов одновременно в одну стадию при фильтровании, при этом исключается строительство дополнительных очистных сооружений.

П р и м е р. Предлагаемый способ удаления железа и фтора из подземных вод проверялся на подземной воде г.Химки Московской области. Подземная вода содержала, мг/л: железа 6,5; фтора 4,5.

Фильтрование осуществлялось через зернистую загрузку диаметром 0,8-1,4 мм, при этом высота загрузки 1,6 м, скорость фильтрования 6,0 м/ч, концентрация коагулянта от 1 до 3% концентрация ортофосфата натрия от 1 до 3% диаметр фильтровальной колонны 50 мм.

Сравнительные экспериментальные данные приведены в табл.1.

Таким образом, в предлагаемом способе увеличивается продолжительность фильтроцикла и увеличивается производительность за счет того, что процесс удаления фтора и железа осуществляется с одинаковой скоростью, тогда как в прототипе скорость удаления фтора ниже, чем железо в 1,5 раза. Качество фильтрата в прототипе и в предлагаемом способе поддерживалось одинаковое.

В табл. 2 и 3 приведены экспериментальные данные по применению других реагентов для удаления железа и фтора из подземных вод.

Условия проведения эксперимента такие же, как и в примере.

Использование 1-3%-ного водного раствора замещенного ортофосфата натрия является наиболее оптимальным вариантом. Однако экспериментальные исследования по применению других полифосфатов, например гексаметафосфата натрия или триполифосфата натрия, также приводят к достижению поставленного технического результата.

При применении для модификации раствора Na₃P₃O₁₀ были изучены такие же показатели технологического процесса, а доза триполифосфата натрия составила 10 мг/л на 1 мг F^-.

Как видно из данных табл.2 и 3, применение других коагулянтов и фосфатов для модификации зернистой загрузки фильтра не влияет на процесс удаления железа и фтора из подземных вод.

Таким образом, по сравнению с известным способ существенно увеличивается продолжительность фильтроцикла и производительность, так как происходит выравнивание скорости протекания двух процессов процесса удаления железа и фтора, сокращается объем сооружений в два раза, так как предлагаемый способ осуществляется в одном сооружении.

Дополнительная обработка загрузки полифосфатами после обработки коагулянтом приводит к образованию в слое тонкого слоя комплексного соединения. За счет этого образования ионы железа и фтора задерживаются одновременно в этой загрузке.

Технический результат изобретения состоит в одновременном удалении железа и фтора в одном сооружении при фильтровании воды для хозяйственно-питьевых целей, увеличении производительности как следствия выравнивания скоростей прохождения двух процессов удаления железа и удаления фтора.