Очистка скважиной воды с помощью самопромывного цеолитного фильтра

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Очистка скважиной воды с помощью самопромывного цеолитного фильтра

Введение

вода фильтрация цеолит

В статье описано исследование очистки скважиной воды от ионов железа с помощью цеолитного фильтра с подвижным слоем. В качестве фильтрирующего материала использовался цеолит, поверхность которого покрывалась плёнкой катализатора - окись марганца. Процесс фильтрации происходит путём окисления иона Fe²⁺ и последующего гидролиза по уравнению:

4Fe²⁺ +МnO₄^-- + 8НСО₃ +2H₂O = 4Fe(ОН)₃ + МnO +8СО₂

вода фильтрация цеолит

В процессе эксперимента была получена питьевая вода с содержанием железа менее 0,3 мг/дм³ при скорости фильтрации 4,2 м/ч, при высоте фильтрирующего слоя 0,8 м. Данная технология удаления избыточного железа и марганца позволяет минимизировать потребление реагентов. По результатам испытаний оформлена и подана заявка на патент Украины.

1. Постановка проблемы и анализ существующих конструкции и технологий

Основные источники получения питьевой воды для условий Украины это поверхностные водоемы и артезианские скважины. Актуальность получения питьевой воды отвечающей требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»» не вызывает сомнения. При использовании артезианских скважин основная техническая проблема - избыточное содержание соединений железа и марганца в исходной сырой воде. Согласно [1] железо в природных водах встречается преимущественно в виде ионов Fe²⁺, а также в виде органических и неорганических соединений (коллоидов и взвесей). Содержание железа в артезианских водах в бассейне р. Днепр более 3 мг/дм³, иногда встречается величина равная 12…15 мг/дм³. В подземных водах железо находится в виде сложного органоминерального комплекса - органического железа, в котором, как правило, присутствует марганец. Переход растворимой формы железа в нерастворимую зависит от многих факторов - реакции среды (рН), наличия в растворе окислителей и катализаторов. Катализаторами могут быть двухвалентные ионы марганца, меди, а также фосфат-ион. Реакция окисления Fe²⁺ кислородом воздуха осуществляется по реакции (1). При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и последующего гидролиза протекает по уравнению (2).

4Fe²⁺+О₂+8Н₂СО₃^-+2Н₂О=4Fe(ОН)₃+8СО₂ (1)

4Fe²⁺+МnO₄^--+8НСО₃^--+2H₂O=4Fe(ОН)₃+МnO+8СО₂ (2)

Методы удаления железа делятся на безреагентные и реагентные. К применяемым в настоящее время безреагентным методам относятся: упрошенное аэрирование, аэрирование с последующим отстаиванием и фильтрованием, электрокаогуляция, фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды (метод «Виредокс»), магнитная обработка. К реагентным методам относятся: окисление, известкование, отстаивание, катионирование, коагуляция и флокулирование осадка. Аппаратурное оснащение реализации данных методов, очень разнообразно. Для предварительной аэрации применяются инжектирующие и барботажные устройства, для фильтрации выпавшей гидроокиси железа используют фильтры - песчаные, цеолитные, скоро-гравийные и др. Для осаждения осадка в дренажной воде используются отстойники различного типа. Из всех данных методов наиболее удобен безреагентный метод аэрирования воды воздухом, с последующим фильтрованием на песчаном (цеолитном) фильтре с подвижным слоем. Дренажная вода очищаеться на малогабаритном пластинчатом отстойнике [2, 3].

Цель исследования. Целью исследования является изучение очистки скважиной воды с помощью цеолитного фильтра с подвижным слоем, который бы обеспечивал одновременность проведения процесса удаления избыточного железа и марганца из исходной скважиной воды и регенерации (очистки) рабочего цеолитного слоя фильтра от нерастворимой гидроокиси железа с минимальными энергетическими и реагентными затратами.

2.Результаты исследования

В данной работе представлен экспериментальный материал, полученный в результате исследования проведенного в течении 2007г. Были проведены лабораторные исследования и стендовые испытания в производственных условиях Черкасского горводоканала. В исследованиях использовалась экспериментальная установка - цеолитный фильтр с подвижным слоем «Цеолит - Г», рисунок 1. Принципиальная схема устройства цеолитного фильтра с подвижным слоем приведена на рисунке 2.

Рисунок 1 - Внешний вид установки «ЦЕОЛИТ-Г»

Фильтр функционирует на принципе противотока. Исходная технологическая жидкость поступает на входной патрубок 1, затем по коаксиальной трубе 2 через распределительную воронку 3 фильтруется через слой цеолита, который находится в корпусе 4, очищенная вода сливается через затвор 5 по назначению. Загрязненный цеолит опускается в коническую часть фильтра 8, откуда с помощью эрлифта 6 подаётся в узел отмывки 9, далее по специальному патрубку дренажная вода сбрасывается в пластинчатый отстойник. Очищенный цеолит по лабиринтному каналу 10 поступает в верхнюю часть фильтрующего слоя. Таким образом, цеолит движется сверху вниз, а очистка воды происходит через слой чистого цеолита - это обеспечивает постоянный процесс фильтрации.

Рисунок 2 - Схема устройства цеолитного фильтра

1 - входной патрубок; 2 - коаксиальная труба; 3 - распределительная воронка; 4 - корпус; 5 - затвор; 6 - эрлифт; 7 - патрубок; 8 - коническая часть фильтра; 9 - узел отмывки; 10 - лабиринтный канал.

Таблица 1 - Результаты испытания песчаного фильтра с подвижным слоем на скважине с. Геронимовка

Для предварительного испытания окисления закисного железа в скважинной воде была собрана экспериментальная лабораторная установка, состоящая из стеклянной колонки, диаметром 35 мм, высотой 40 см, высота фильтрующего слоя 19 см, снабженной фильтром Шота. В качестве фильтрующего материала использовался цеолит, на который с помощью специальной процедуры была нанесена пленка катализатора - окись марганца. При пропускании через данный фильтр модельных растворов, содержащих железный купорос, было доказана возможность получения очищенной воды с содержанием общего железа менее 0,3 мг/дм³. Дальнейшие исследования проводились с использованием скважиной воды, отобранной в с. Геронимовка (Черкасская область), на установке «ЦЕОЛИТ-Г». Результаты испытаний приведены в таблице 1. Ниже приведены графики изменения концентрации железа от времени фильтрации очищенной (рисунок 3) соответственно.

Рисунок 3 - Изменение концентрации железа на выходе C(Fe_вых) (мг/дм³) от времени t (час)

Как видно с результатов эксперимента с помощью цеолитного фильтра возможно получение питьевой воды с содержанием железа менее 0,3 мг/дм³ при скорости фильтрации 4,2 м/час, при высоте фильтрующего слоя 0,8 м. Важен также факт, что даже если концентрация на входе превышает 10 мг/дм³ фильтр при данных геометрических размерах уменьшает содержание железа в очищаемой воде более чем в три раза.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о возможности использования песчаного фильтра с подвижным слоем для удаления закисной формы железа из скважинной воды. Суточные эксперименты свидетельствуют о достаточно быстром выходе фильтра на стационарный режим. Проблема дренажной воды может быть устранена путем использования малогабаритного пластинчатого отстойника.

По результатам испытаний оформлена и подана заявка на патент Украины.

Выводы

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

- разработанный цеолитный фильтр с подвижным слоем позволяет производить кондиционирование скважинной воды до уровня требований ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая», т.е. до уровня менее 0,3 мг/дм³;

- технология удаления избыточного железа и марганца позволяет минимизировать потребление реагентов.

Литература

1. Г.И. Николадзе. Обезжелезивание природних и оборотних вод. - М.: Стройиздат, 1978. - 161 с.

2. www.astarco paques.nl

3. www.nordic water products.sw

Размещено на Allbest.ru