close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2453

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2453
(13)
C1
6
(51) C 02F 1/64,
(12)
C 02F 1/28
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЖЕЛЕЗА
(21) Номер заявки: 960428
(22) 16.08.1996
(46) 30.12.1998
(71) Заявитель: Витебское предприятие водопроводно-канализационного хозяйства (BY)
(72) Авторы: Землянский П.М., Лемеш Л.Л. (BY)
(73) Патентообладатель: Витебское предприятие водопроводно-канализационного хозяйства (BY)
(57)
1. Способ очистки подземных вод от железа, включающий аэрирование и фильтрование через зернистую
загрузку, отличающийся тем, что воду фильтруют через загрузку из дробленого доломита с крупностью
фракций 1 - 10 мм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воду фильтруют со скоростью 3 - 15 м/ч при высоте фильтрующего слоя доломита 0,8 - 2 м.
(56)
1. А.с. СССР 507530, МПК C 02F 1, 64, 1976.
2. Абрамов Н.И. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982.-С. 328 (прототип).
BY 2453 C1
Способ обезжелезивания подземных вод относится к области обработки воды для придания ей свойств, соответствующих гигиеническим требованиям питьевой воды и может быть использован при проектировании и
эксплуатации сооружений хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Подземные воды обычно содержат несколько десятков химических элементов и соединений, однако, чаще
всего препятствует использованию подземной воды для питьевого и хозяйственного водоснабжения наличие в
ней ионов железа. При содержании железа более 1 мг/л вода приобретает бурый цвет, железистый привкус, соединения железа отлагаются в трубопроводах и уменьшают их пропускную способность. По стандарту на питьевую воду допускается использовать воду, в которой общее содержание железа не должно превышать 0,3 мг/л.
При более высоком содержании железа вода должна подвергаться специальной обработке - обезжелезиванию.
Известны ряд апробированных способов обезжелезивания подземных вод с определенными границами
применимости [1];
метод глубокой аэрации (с последующим отстаиванием и фильтрованием);
метод сухой фильтрации;
метод обезжелезивания на "керценфильтре";
метод обезжелезивания в водоносном пласте.
Использование того или иного метода определяется химическим составом воды, концентрацией солей железа, производительностью водозабора и др. факторами. Они не нашли широкого применения из-за достаточной
сложности, недолговечности работы скважин, на которых применяются эти методы, требующих дополнительных экономических и технических средств для продления срока их службы. В качестве прототипа принят
наиболее распространенный в отечественной практике способ обезжелезивания подземных вод методам упрощенной аэрации [2], основанной на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой, выделять железо на поверхности зерен, образуя
каталитическую пленку, преимущественно из гидроокиси железа. Эта пленка интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды. Обезжелезивание воды в загрузке покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление пленки как
катализатора при работе фильтра.
Недостатком способа является то, что в качестве фильтрующих зернистых материалов применялись
кварцевый песок, колотый гранитный щебень, керамзит, которые ведут к большим капитальным и эксплуатационным затратам.
Так, качество песка зависит от содержания кварца. До настоящего времени наиболее широко был распространен кварцевый песок Волгоградских карьеров, служивший в течение нескольких десятилетий фильтрующим материалом хорошего качества. В настоящее время запасы карьеров исчерпаны. Из-за низкого
содержания кварца и высокого содержания глинистых частиц в песке других карьеров использовать его в
водоочистных сооружениях нецелесообразно, т.к. в процессе фильтрации происходит истирание глинистых
частиц и их вынос.
Фильтрующие загрузки из гранитного щебня и керамзита также обладают рядом серьезных недостатков.
Промышленностью не изготавливается гранитный щебень необходимой фракции 1-5 мм, а производимый
щебень фракции 10 мм и более крупный невозможно использовать в качестве фильтрующего материала для
достижения необходимого качества отфильтрованной воды. Кроме того, Минздравом РБ приостановлено
действие разрешения на применение щебня некоторых месторождений без дополнительных исследований по
его санитарно-гигиенической оценке. Керамзит обладает низкими механическими свойствами и при фильтровании через него воды быстро истирается и превращается в сплошную глинистую массу.
Необходимость ликвидировать недостаток в фильтрующих материалах приводит к многочисленным запросам использовать в качестве загрузки фильтровальных сооружений местные инертные зернистые материалы как природного
происхождения, так и создаваемые искусственными методами.
Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение является снижение
экономических и эксплуатационных затрат водоочистных сооружений при одновременном повышении качества обезжелезивания воды.
Задача решается за счет того, что в способе обезжелезивания подземных вод, включающем предварительное насыщение воды кислородом и последующую фильтрацию через зернистый фильтрующий материал, в качестве фильтрующего материала используют дробленный доломит фракциями 1-10 мм, при этом
фильтрацию осуществляют со скоростью 3-15 м/ч при высоте фильтрующего слоя доломита 0,8-2 м.
Доломитом называют осадочную горную породу на 90% и более состоящую из минерала доломит.
Обычной примесью является кальцит, ангидрид или гипс. По показателям химической стойкости, прочностных свойств, наличию токсичных элементов и радиоактивности он может использоваться в практике подготовки питьевых вод. Применение доломита в качестве фильтрующего материала при указанных режимах
фильтрации позволяет достичь высокий уровень обезжелезивания воды, отвечающей хим. требованиям
ГОСТа к питьевой воде и позволит значительно расширить ассортимент фильтрующих материалов. Запасы
только одного доломитового месторождения Витебского района по данным Государственной комиссии по
2
BY 2453 C1
запасам полезных ископаемых СССР в 1992 г. равнялись 554,7 млн. т., что обеспечит добычу доломита на
продолжительное время (более 50 лет) и приведет к снижению экономических затрат на приобретение и использование других дорогостоящих фильтрующих загрузок в сооружениях хозяйственно-питьевого водоснабжения при высоком качестве очистки воды.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Основной формой содержания железа в
подземной воде является бикарбонат двухвалентного железа Fe(HCO)2, который устойчив при наличии в воде углекислоты и отсутствии кислорода. Процессы окисления и гидролиза бикарбоната железа замедляются
выделением свободной углекислоты СО. Для ускорения процесса окисления и гидролиза железа удаляют из
воды углекислоту аэрацией. При контакте с кислородом воздуха в воде происходит окисление двухвалентного железа и образование малорастворимых гидратных форм трехвалентного железа, выпадающих и оседающих в последующем на зернах фильтрующего материала.
Обязательным условием осуществления обезжелезивания в зернистом слое является образование на поверхности
зерен железистых отложений в виде плотной пленки. Эта пленка каталитически ускоряет окисление двухвалентного
железа и обладает сорбционными свойствами по отношению к железу. Образование такой пленки происходит постепенно и по мере ее образования качество фильтрата улучшается. Происходит так называемая зарядка фильтра, зависящая от качества исходной воды, параметров загрузки, скорости фильтрации, и составляет этот период от 30 до 100 и
более часов. После зарядки фильтр работает стабильно, обеспечивая постоянный эффект обезжелезивания.
Одновременно с образованием каталитической пленки на поверхности зерен фильтрующего материала в
межпоровом пространстве происходит наполнение осадка гидроокиси железа, что приводит к необходимости периодического его удаления. Удаление осадка достигается промывкой фильтрующей загрузки обратным током воды, иногда с подачей воздуха. Продолжительность фильтроцикла определяется ухудшением
качества фильтрата или предельно допустимой величиной потерь напора в загрузке.
Способ поясняется с помощью устройства, представленного на рисунке. Подачу исходной воды из сборного водовода осуществляют через аэрационное устройство 1 и распределительный бачок 2. При этом происходит обогащение воды кислородом воздуха. Избыточная вода через перелив 3 сливается в канализацию.
Для стабильного и полного обезжелезивания вода, поступающая в фильтрующую загрузку, должна содержать 0,6-0,9 мг. кислорода на 1 мг. двухвалентного железа. Степень насыщения воды кислородом зависит
от скорости и высоты излива воды. Высоту излива принимают не менее 0,5-0,6 м, а скорость истечения 1,52,0 м/ч.
Обогащенная кислородом вода проходит через фильтрующий материал 4 в виде дробленного доломита,
помещенного в корпус устройства 5. Скорость фильтрации регулируется вентилем 6 на выходе из фильтра и
замеряется объемным методом. Степень загрязненности фильтра определяется по величине падения напора
в загрузке с помощью пьезометра 7, подключенного в нижней части корпуса установки.
Обезжелезивание воды в фильтрующей загрузке происходит на поверхности раздела двух фаз (твердой и жидкой),
при этом происходит непрерывное обновление пленки, как катализатора. Процесс образования пленки сопровождается постепенным снижением концентрации железа в фильтрате. Необходимый и стабильный эффект обезжелезивания
достигается после завершения зарядки, т.е. времени, которое требуется для получения воды с содержанием железа,
соответствующего нормативу.
Влияние фракционного состава доломита, используемого в качестве фильтрующего материала, незначительно. Учитывая высокие затраты на производство фракцией 1-2 мм и необходимость применения при использовании любой фракции водовоздушной промывки, целесообразно использовать в качестве загрузки
доломит фракциями 5-10 мм.
Пример 1 конкретного осуществления способа.
Фильтрование исходной воды проводили в пределе скоростей 3-15м/ч с изливом разбрызгиваемой воды
над фильтрующей загрузкой не менее 0,5м. В качестве фильтрующей загрузки использовались доломитовый
щебень фракциями 0,8-12 мм и величиной фильтрующего слоя 1,5 м. Отбор проб проводился 6 раз в сутки.
Изменение содержания железа в фильтрате в период "зарядки" фильтрующей загрузки, представлено в табл.
1.
Как видно из таблицы, максимальная эффективность обезжелезивания составила 84%. Ее можно повысить, уменьшив величину зерна фильтрующей загрузки, тем самым исключить проскок железа через слой загрузки.
Время зарядки загрузки составило не многим более двух суток, что хорошо согласуется с полученными данными при исследовании окисления двухвалентного железа в свободном объеме (48 ч).
3
BY 2453 C1
Таблица 1
Изменение содержания железа в фильтрате в период «зарядки» загрузки
Время
отбора проб
Первые
сутки
Вторые
сутки
Третьи
сутки
Содержание железа, мг/дм. куб.
в исходной воде
в фильтрации
5,20
5,20
5,20
2,72
5,20
1,87
5,30
1,40
5,25
2,30
5,20
1,70
5,28
1,70
5,25
1,40
5,30
1,39
5,20
1,29
5,15
1,49
5,20
1,49
5,20
1,11
5,15
1,09
5,25
1,05
5,20
0,90
5,20
0,86
5,20
0,83
Эффективность %
47
64
73
5,6
67
67
73
74
7,6
71
71
79
79
80
83
84
84
Скорость
фильтрации м/ч
6,5
-»-»-»-»-»-»-»-»-»-»-»6
-»-»-»-»-»Таблица 2
Эффективность обезжелезивания воды при различных скоростях фильтрации
Скорость фильтрации
м/ч
3.0
4,0
5,0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
15,0
Содержание железа, мг/дм. куб
в исходной воде
в фильтрате
5,22
0.74
5,22
0,78
5,25
0,80
5.20
0.86
5.22
0.87
5.25
0.89
5.20
1.29
5.25
2.04
5,25
3,85
Эффективность обезжелезивания
%
85,8
85,0
84,0
83.5
83.3
83.0
75.1
60.7
28,1
Таблица 3
Зависимость содержания железа в обработанной воде от
скорости фильтрации и высоты загрузки песком и доломитом
Скорость
фильтрации
м/ч
Исходная
вода
3
5
6
8
10
15
1.32
1.32
1.32
1.32
1.32
1.32
Содержание общего железа, мг/л.
Обработанная вода
высота загрузки песка фракции 1высота загрузки доломита фракции 12мм, м
2мм, м
0.8
1.5
2.0
0.8
1.5
2.0
0.09
не обн.
не обн.
0.09
не обн.
не обн.
0.19
следы
следы
0.13
следы
не обн.
0.25
0.05
0.01
0.16
0.04
следы
0.29
0.08
0.04
0.20
0.05
0.03
0.32
0.10
0.08
0.24
0.08
0.06
0.39
0.19
0.16
0.36
0.15
0.10
По достижении стабильной эффективности обезжелезивания фильтр снова был включен в работу в диапазоне скоростей 3-15 м/ч. Фильтр работал более двух суток (длительность фильтроцикла) при стабильной
эффективности обезжелезивания. Предельная потеря напора при этом не была достигнута. Результаты по
эффективности обезжелезивания при различных скоростях фильтрации приведены в табл. 2.
Наиболее стабильный эффект обезжелезивания при данном исходном содержании железа в воде получен
при скоростях фильтрации до 10,0 м/ч. Затем была осуществлена промывка фильтра обратным током неочищенной воды с интенсивностью 12 л/см2 в течении 10 мин.
4
BY 2453 C1
Пример 2. Минским НПО "Жилкомммунтехника" были проведены экспериментальные исследования по
изучению процесса обезжелезивания и получению сравнительных данных при использовании в качестве
фильтрующей загрузки песка, гранитного щебня и измельченного доломита такими же фракциями. В результате получены сопоставимые результаты по содержанию остаточного железа в фильтрате, показания в табл.
3 и 4.
Из данных следует, что устойчивый процесс обезжелезивания, обеспечивающий требования нормативного документа, осуществляется при применении в качестве фильтрующего материала как из песка, гранитного
щебня, так и дробленного доломита при скорости фильтрации 3-15 м/ч и высоте фильтрующего слоя 0,8-2 м,
причем степень обезжелезивания воды при применении доломита выше, чем при использовании в качестве
фильтрующей загрузки песка при любых режимах фильтрации, и гранитного щебня при скорости фильтрации выше 10 м/ч. Длительность фильтроцикла до применения промывки фильтрующей загрузки составила
60 ч при применении гранитного щебня, 48 ч - песка и более 50-доломита.
Конкретные значения параметров способа, т.е. скорость фильтрации, высота фильтрующего слоя и размер
фракции используемого доломита определяется экспериментальным путем в зависимости от исходного содержания железа в воде и требуемого в фильтрате ( не более 0,3 мг./дм.3 ). Чем ниже скорость фильтрации, тем
лучше результат достигается при осуществлении способа. Однако, чтобы не допустить необоснованного снижения производительности очистных установок, используют максимально высокую скорость фильтрации, при
которой достигается требуемая концентрация железа в фильтрате. Снижение скорости можно не допустить увеличением толщины слоя фильтрующей загрузки и использованием доломита более мелких фракций.
Таким образом, применение предлагаемого способа обезжелезивания воды дает эффективные результаты очистки,
соответствующие всем требованиям СНиП и гигиеническим требованиям к питьевой воде, приведет к повышению
качества очистки воды, а также значительно снизит затраты на приобретение фильтрующих материалов и эксплуатацию водоочистных сооружений.
Таблица 4
Зависимость содержания железа в обработанной воде от скорости
фильтрации и высоты загрузки гранитным щебнем и доломитом
Скорость
фильтрации
м/ч
Исходная
вода
3
6
8
10
12
14
15
16
1.68
1.68
1.68
1.68
1.68
1.68
1.68
1.68
Содержание общего железа, мг/л.
Обработанная вода
высота загрузки гранитного
высота загрузки доломитовой фракщебня фракции 5-10мм. м
ции 5-10мм. м
0.8
1.5
2.0
0.8
1.5
2.0
0.05
0.04
0.03
0.06
0.05
0.03
0.07
0.05
0.04
0.08
0.06
0.06
0.12
0.08
0.04
0.12
0.10
0.07
0.17
0.10
0.06
0.15
0.13
0.09
0.25
0.16
0.15
0.20
0.16
0.12
0.32
0.25
0.20
0.28
0.24
0.18
0.36
0.28
0.23
0.30
0.25
0.21
0.40
0.33
0.25
0.35
0.29
0.23
Cоставитель М.Ф. Денисенко
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
146 Кб
Теги
патент, by2453
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа