способ очистки подземных вод от железа и марганца

Формула изобретения

1. Способ очистки подземных вод от железа и марганца при их совместном присутствии, включающий последовательное двухступенчатое фильтрование через зернистую загрузку, упрощенную аэрацию перед подачей воды на фильтры первой ступени и озонирование перед фильтрами второй ступени, отличающийся тем, что подача воды на фильтры обеих ступеней осуществляется сверху вниз, насыщение исходной воды атмосферным воздухом перед фильтрами первой ступени осуществляется в количестве, пропорциональном содержанию железа, после фильтров первой ступени осуществляется удаление растворенных агрессивных газов и обработка озоном в количестве, пропорциональном содержанию в воде ионов марганца.

2. Способ очистки воды по п.1, отличающийся тем, что в воду перед фильтрами первой ступени наряду с атмосферным воздухом вводится озон в количестве, необходимом для ограничения роста железобактерий на зернистой загрузке фильтров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, в частности, способ предназначен для очистки подземных вод от железа и марганца при их совместном присутствии в условиях низких температур, низких значений щелочности и жесткости воды.

Как известно (Г.И.Николадзе. «Улучшение качества подземных вод». М.: Стройиздат, 1987), очистка подземных вод от железа и марганца при температуре очищаемой воды выше 4-5°С, щелочности и жесткости не менее 2 ммоль/дм ³ не представляет затруднений, и при воздействии окислителей (кислород, перманганат калия, озон и т.д.) двухвалентные ионы железа и марганца окисляются соответственно до двух- и четырехвалентного состояния, образуя нерастворимые в воде соединения, которые удаляются фильтрованием.

При низких температурах окислительные процессы протекают медленно, кроме того, при малых значениях щелочности и жесткости образуются мелкодисперсные продукты реакции, которые просачиваются через зернистую загрузку в фильтрат, ухудшая его качество.

Известен способ очистки подземных вод от железа и марганца (патент RU 2238912), включающий ее обработку перманганатом калия и пероксидом водорода. Обработку воды проводят последовательно, сначала перманганатом калия, дозируемым в избытке по отношению к его стехиометрическому количеству, необходимому для окисления двухвалентного железа и марганца, а затем пероксидом водорода в соотношении 1:3 к избытку перманганата калия. Соотношение доз перманганата калия и пероксида водорода составляет соответственно от 15:1 до 6:1.

Недостатком этого метода, как любого метода обработки химическими реагентами, является необходимость обустройства реагентного хозяйства, связанного с закупкой, доставкой и хранением реактивов, приготовлением и дозированием растворов, осуществлением постоянного химико-аналитического контроля и т.д.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ очистки подземных вод от железа и марганца, включающий озонирование и последовательное двухступенчатое фильтрование через зернистую загрузку с подачей воды на первой ступени снизу вверх и на второй ступени сверху вниз. При этом перед подачей воды на первую ступень она подвергается упрощенной аэрации, а перед подачей воды на вторую ступень обрабатывается озоном. Такой способ позволяет снизить расход озона на обработку воды.

К недостаткам этого способа относятся низкая скорость фильтрования (7 м/ч) и большой расход озона (3,5-5,5 г на м³ воды). Кроме того, упрощенная аэрация при низких температурах воды (менее 4-6°С) и при карбонатной щелочности и жесткости менее 2 ммоль/дм³ не обеспечивает необходимое снижение содержания свободной углекислоты, что препятствует удалению железа и марганца до нормативных значений, а также устранению агрессивности воды (Б.Н.Фрог. Водоподготовка. - М., 2001.)

Задачей предлагаемого изобретения является снижение капитальных и эксплуатационных затрат за счет увеличения скорости фильтрования и длительности фильтроцикла, снижения дозы озона на обработку воды по сравнению с прототипом, а также обеспечение стабильности воды.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе очистки подземных вод от железа и марганца, включающем озонирование и последовательное двухступенчатое фильтрование через зернистую загрузку, согласно изобретению подача воды на фильтры обеих ступеней осуществляется сверху вниз, перед фильтрами первой ступени в воду вводится атмосферный воздух в количестве, пропорциональном концентрации в ней ионов железа, после фильтров первой ступени осуществляется необходимое снижение содержания растворенных в воде агрессивных газов и обработка озоном в количестве, пропорциональном концентрации ионов марганца.

Другой особенностью предлагаемого способа является то, что перед фильтрами первой ступени в исходную воду наряду с атмосферным воздухом вводится озон в количестве, необходимом для ограничения роста биомассы на фильтрующей загрузке.

Движение исходной воды, насыщенной воздухом, сверху вниз обеспечивает протекание на фильтрах первой ступени биохимических процессов окисления двухвалентного железа. Скорость этих процессов значительно превышает скорость химического окисления, что позволяет увеличить скорость фильтрования до 8-9 м/ч, при этом на фильтрах задерживается 93-96% железа и 20-35% марганца. Следовательно, расход озона на окисление примесей перед второй ступенью фильтрования меньше по сравнению с прототипом. Дегазация фильтрата с первой ступени обеспечивает значительное увеличение скорости фильтрования на второй ступени (до 11-12 м/ч) и стабильность обработанной воды.

Испытания предлагаемого способа очистки и способа по прототипу проведены на подземной воде действующих подземных водозаборов с использованием установленного на них оборудования - аэратора, генератора озона и напорных фильтров с зернистой загрузкой. Во всех случаях диаметр зерен загрузки аналогично прототипу составил 1,2-2,5 мм на фильтрах первой ступени и 0,60-1,25 мм на фильтрах второй ступени. Высота загрузки определяется конструкцией фильтров. При испытаниях по прототипу исходная вода после упрощенной аэрации подавалась на фильтры первой ступени в направлении снизу вверх, затем обрабатывалась озоном и подавалась на фильтры второй ступени в направлении сверху вниз. По предлагаемому способу в исходную воду, подаваемую на фильтры первой ступени сверху вниз, подавался воздух, после фильтров первой ступени осуществлялось удаление агрессивных газов и обработка воды озоном, после чего вода подавалась на фильтры второй ступени сверху вниз. Скорость фильтрования изменяли от 5 до 10 м/ч на первой ступени и от 6 до 13 м/ч на второй ступени.

На первом объекте использовались фильтры ФОВ-2,0-0,6, высота загрузки 0,9-1,1 м. Фильтрующая загрузка - кварцевый песок на первой ступени и активированный уголь на второй ступени. Температура исходной воды 0,2°С, содержание железа и марганца соответственно 4,5 и 0,18 мг/дм³.

На втором объекте использовались фильтры ФОВ-1,4-0,6, высота загрузки 0,9-1,1 м. Фильтрующая загрузка - дробленые горелые породы на первой ступени и активированный уголь на второй ступени. Температура исходной воды 1,4°С, содержание железа и марганца соответственно 8,0 и 0,76 мг/дм³.

На третьем объекте использовались фильтры ФОВ-2,0-0,6, высота загрузки 0,9-1,0 м. Фильтрующая загрузка - дробленые горелые породы на первой ступени и модифицированный антрацит «PUROLAT-стандарт» на второй ступени. Температура исходной воды 0,8°С, содержание железа и марганца соответственно 17,5 и 1,34 мг/дм³.

Критерием эффективности сравниваемых способов очистки воды служат качество очищенной воды, расход озона на обработку воды, скорость фильтрования и длительность фильтроцикла.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Из таблицы следует, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ очистки позволяет без ухудшения качества фильтрата увеличить скорость фильтрования по первой ступени до 9 м/ч, а по второй - до 11-12 м/ч. При этом фильтроцикл в зависимости от качества исходной воды увеличивается в 2-4 раза, а доза озона по сравнению с прототипом уменьшается с 3,5-6,0 мг/дм³ до 1-2 г/м³ . Увеличение скорости фильтрования объясняется тем, что предлагаемый способ обеспечивает более полное и более быстрое окисление железа в фильтрах первой ступени, осаждение которого в толще зернистой загрузки способствует частичному соосаждению марганца. В результате уменьшения содержания железа и марганца в фильтрате первой ступени и удаления избыточных количеств агрессивных газов перед фильтрами второй ступени на обработку воды требуется меньшее количество озона.

Способ очистки	Определяемые параметры
	Качество фильтрата после первой ступени, мг/дм		Скорость фильтрования, м/ч	Длительность фильтроцикла, ч	Доза озона, мг/дм 3	Качество фильтрата после второй ступени, мг/дм3		Скорость фильтрования, м/ч	Длительность фильтроцикла, ч
	Fe	Mn				Fe	Mn
Пример 1
Качество исходной воды: температура - 0,2°С, содержание железа - 4,5 мг/дм3, содержание марганца - 0,18 мг/дм3
Прототип	0,38	0,16	7	36	3,5	0,22	0,08	7	26
Предлагаемый	0,30	0,14	9	96	1,0	0,18	0,07	12	96
Пример 2
Качество исходной воды: температура - 1,4°С, содержание железа - 8,0 мг/дм3 , содержание марганца - 0,76 мг/дм3
Прототип	2,24	0,75	7	24	4,5	0,26	0,08	7	26
Предлагаемый	0,42	0,52	9	72	1,5	0,18	0,08	12	72
Пример 3
Качество исходной воды: температура - 0,8°С, содержание железа - 17,5 мг/дм3, марганца - 1,34 мг/дм 3
Прототип	3,2	1,30	7	12	6,0	0,28	0,09	7	24
Предлагаемый	1,22	0,85	9	48	2,0	0,20	0,08	12	48