RU2316479C1

RU2316479C1 - Способ водоподготовки

Info

Publication number: RU2316479C1
Application number: RU2006109498/15A
Authority: RU
Inventors: Руслан Хажсетович Хамизов (RU); Руслан Хажсетович Хамизов; Магомет Абубекирович Конов (RU); Магомет Абубекирович Конов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радий"
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-02-10
Also published as: WO2007111531A1; EP2011767A4; EP2011767B1; JP2009531174A; DE07747849T1; RU2006109498A; JP4834143B2; EP2011767A1

Abstract

Изобретение относится к способам водоподготовки путем фильтрации через гранулированные природные материалы и может быть использовано в системе хозяйственно-бытового и питьевого водоснабжения, в том числе для производства питьевой воды высшей категории качества. Способ включает фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита с размером гранул размером 0,15÷2 мм и предварительной обработкой слоя серпентинита щелочным раствором для преобразования в анионообменный материал. В качестве щелочного раствора используют раствор гидроксида натрия, калия, аммония или кальция, либо раствор карбоната натрия или калия, либо их смеси в различных комбинациях с щелочностью не менее 0,01 г-экв/л. Фильтрацию воды проводят через два или более последовательно расположенных слоев. Обработку щелочным раствором проводят его фильтрацией через слой серпентинита в направлении по ходу потока при очистке воды или в противоположном направлении. Способ обеспечивает повышение сорбционной активности серпентинита, расширяет ассортимент извлекаемых загрязняющих компонентов, гарантирует снабжение потребителя высокоочищенной водой, соответствие которой установленным требованиям достигается непосредственно в процессе очистки, без усреднения ее состава и необходимости иметь для этого запас очищенной воды, при увеличении продолжительности эксплуатации загрузки гранулированного материала. 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к способам водоподготовки, а именно очистки воды от механических взвесей и загрязняющих растворенных веществ путем ее фильтрации через гранулированные материалы.

Известны способы водоподготовки, включающие очистку воды путем ее фильтрации через природные и техногенные гранулированные материалы, такие как кварцевый песок, глины, природные и искусственные цеолиты, активированный оксид алюминия, а также другие известные сорбционные и ионообменные органические и неорганические материалы: Encyclopedia of life support systems. - V.III. - Knowledge base for sustainable development / Novitsky E.G., Khamizov R.Kh. // Chapter 8. - Water and waste water treatment-Oxford, Uk.: EOLSS publ.co., 2002, pp.305-325 [1]; Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. - Киев., «Высшая школа», 1986, сс.193-222 [2].

Основным недостатком этих способов является невозможность осуществления комплексной очистки воды с использованием одного и того же материала. Например, для обеспечения очистки воды от группы наиболее распространенных загрязняющих веществ, таких как железо, марганец, фтор, бор, цветные и тяжелые металлы, приходится использовать целый набор гранулированных сорбционных и ионообменных материалов.

Известны способы водоподготовки с использованием специально синтезированных фильтрующих и сорбционных материалов, обеспечивающих групповую очистку воды от таких компонентов, как железо, марганец и тяжелые металлы: патент РФ №2238788, опубл. 27.10.2004 [3]; патент РФ №2241535, опубл. 10.12.2004 [4].

Одним из основных компонентов таких материалов являются слаборастворимые вещества, обладающие подщелачивающим буферным действием. При соприкосновении с поверхностью такого твердофазного буфера ускоряется коагуляция гидроксида железа, обладающего, в свою очередь, сорбционной активностью по отношению к ионам тяжелых металлов. Основным недостатком таких способов является относительная дороговизна сорбционных материалов, содержащих специальным образом нанесенный искусственный каталитический слой оксида марганца или других металлов, ускоряющих процесс окисления двухвалентного железа. Другим недостатком является ограниченность ассортимента загрязняющих компонентов, удаляемых из воды. Вместе с тем известен перспективный для водоподготовки класс природных материалов - серпентинитов, содержащих группу минералов, основным из которых является серпентин, представляющий собой гидроксисиликат магния. Указанный минерал в существенной степени сохраняет основные свойства гидроксида магния, обладающего подщелачивающим буферным свойством и дополнительной сорбционной активностью к таким компонентам, как фтор и бор. В то же время в отличие от гидроксида магния гидроксисиликат обладает прочностью гранул, соизмеримой с прочностью силикатных материалов и кварцевого песка. Помимо серпентина серпентинит содержит также примеси гидратированных оксидов металлов; алюминия, железа, марганца, которые представляют собой естественные катализаторы. Указанный материал был использован ранее для очистки сточных вод (авторское свидетельство СССР №947077, опубл. 30.07.1982 [5]).

Известен способ очистки воды открытых водоемов от закисления и от ионов тяжелых металлов, включающий обработку воды добавлением в нее пылевидного серпентинита, предварительно подверженного термоактивации при температуре 650-820°С (патент РФ №2136608, опубл. 10.09.99 [6]).

Основным недостатком этого способа является его дороговизна, связанная с необратимой потерей материала, специально подготовленного энергозатратным методом.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ водоподготовки по российской патентной заявке №99117320, опубл. 20.06.2001 [7], включающий очистку воды от механических взвесей и растворенных веществ путем ее фильтрации через слой гранулированного серпентинита, который периодически промывают обратным потоком воды с высокой скоростью, обеспечивающей разрыхление верхнего сорбирующего слоя, или предварительно продувают воздухом, а затем промывают водой.

Недостатком данного способа является постепенное снижение сорбционной активности серпентинита из-за необратимого «зарастания» поверхности гранул сорбента продуктами взаимодействия гидроксисиликата магния с компонентами очищаемой воды. Другим недостатком этого способа является ограниченность ассортимента извлекаемых из воды загрязняющих компонентов в связи с малой сорбционной активностью природного необработанного серпентинита или серпентинита, обработанного только водой и воздухом, к тяжелым металлам, а также соединениям бора и фтора.

Предлагаемым изобретением решается задача получения технического результата, заключающегося в улучшении качества очищенной воды и удешевлении процесса водоподготовки за счет повышения сорбционной активности серпентинитного материала, в расширении ассортимента извлекаемых загрязняющих компонентов, а также в увеличении продолжительности эксплуатации единовременной загрузки гранулированного материала. Получаемый технический результат заключается также в том, что гарантируется снабжение потребителя свежеочищенной водой, соответствие которой установленным требованиям достигается непосредственно в процессе очистки, без усреднения ее состава и необходимости иметь для этого запас очищенной воды.

Предлагаемый способ водоподготовки, как и наиболее близкий к нему, известный из заявки [7], включает фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита и периодическую промывку его водным или водно-воздушным методом.

Для получения указанного технического результата в отличие от способа, известного из заявки [7], используют серпентинит с размером гранул 0,15÷2 мм и дополнительно проводят периодическую обработку слоя серпентинита щелочным раствором с интервалом не более того, при котором имеет место «проскок» наименее сорбируемого загрязняющего компонента выше его предельно-допустимой концентрации.

Указанный технический результат достигается при использовании растворов любых щелочей, так как при щелочной обработке, как было установлено авторами, серпентинит приобретает свойства неорганического анионообменника с повышенной концентрацией гидроксильных групп на внешней поверхности гранул и развитой внутренней поверхности пор. Это приводит к селективной сорбции ряда анионов, таких как анионы бора и фтора, а также к коагуляции соединений железа и марганца и сорбции катионов цветных и тяжелых металлов. При этом возможность достижения указанного технического результата не зависит от концентрации щелочного раствора. Последняя влияет лишь на показатели эффективности процесса: соотношение объема очищенной воды с объемом щелочи, уровень сорбционной активности и т.п.

При размере гранул серпентинита менее 0,15 мм для прокачки воды через слой требуется давление более 0,6 МПа, что ставит специфические требования к оборудованию. При размерах гранул, превышающих 2 мм, поверхностная емкость серпентинита к загрязняющим компонентам, а также скорость процесса их сорбции уменьшаются настолько, что материал становится практически инертным, т.е. теряет сорбционную активность.

Благодаря указанному выбору верхней границы интервала периодичности обработки слоя серпентинита щелочным раствором снабжение потребителя очищенной водой может быть обеспечено независимо от наличия условий для ее накопления и усреднения состава.

Кроме того, при таком выборе указанного интервала становятся некритичными такие параметры процесса, как продолжительность обработки щелочным раствором и объем этого раствора, поскольку требования к качеству очистки выполняются в любом случае.

Для того чтобы обеспечить возможность осуществления дальнейших фильтроциклов очистки воды с повторяющимся ее качеством, продолжительность обработки щелочным раствором и объем указанного раствора могут быть определены, например, из условия, что должно быть десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.

Наиболее целесообразно использовать в качестве щелочного раствора растворы гидроксидов натрия, калия, аммония, кальция, а также карбонаты натрия и калия или их смеси в различных комбинациях с щелочностью не менее 0,01 г-экв/л. При меньших концентрациях и продолжительном использовании одной и той же единовременной загрузки гранулированного материала объем очищенной воды становится соизмеримым с объемом раствора щелочи для обработки. Верхняя граница концентрации не критична и может быть близка к растворимости. Однако ясно, что нецелесообразно выбирать концентрацию, выше которой не наблюдается дальнейшего увеличения сорбционной активности.

Обработку щелочным раствором можно проводить его фильтрацией через слой гранулированного материала как в направлении по ходу потока фильтрации при очистке воды, так и в противоположном направлении.

Преимуществом фильтрации в прямом направлении является возможность ее проведения под небольшим давлением. Преимуществом фильтрации в обратном направлении является возможность сокращения расхода щелочного раствора, что связано с более глубокой очисткой нижней части слоя серпентинита (определяющей "проскок" загрязняющих компонентов).

Предлагаемый способ может осуществляться, например, таким образом, что в начале каждого фильтроцикла первую порцию полученной воды, соответствующую 3÷5 объемам слоя гранулированного материала, отделяют от дальнейших порций очищенной воды и используют для приготовления щелочного раствора для обработки серпентинита в следующем цикле В этом случае достигаются сокращение расхода щелочи и полнота вытеснения щелочного раствора из слоя гранулированного серпентинита с учетом его свойств, с целью недопущения попадания этого раствора в очищенную воду.

Фильтрацию воды в предлагаемом способе предпочтительно проводить через два или более последовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита. При этом длительность фильтроцикла можно определять по "проскоку" наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего проводить обработку щелочным раствором слоя, который был первым по ходу потока. При такой реализации предлагаемого способа повышается степень отработанности серпентинита по загрязняющим компонентам, что, в конечном итоге, приводит к сокращению расхода щелочного раствора.

Кроме того, в этом случае одновременно с фильтрацией воды через несколько последовательно расположенных слоев можно проводить обработку щелочным раствором еще одного слоя, не участвующего в данный момент в фильтрации, и по окончании обработки использовать этот слой для замены последнего по ходу потока фильтрующего слоя, которым заменять первый фильтрующий слой, направляемый на обработку щелочным раствором. При такой реализации предлагаемого способа обеспечивается возможность непрерывного процесса очистки воды.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется фиг.1-6 и табл.1 и 2.

На фиг.1 представлена выходная кривая сорбции железа из природной воды с повышенной концентрацией двухвалентного железа на гранулированном серпентините, обработанном раствором щелочи, в сравнении с выходной кривой на необработанном материале.

На фиг.2 и 3 представлены выходные кривые сорбции фтора, специально добавленного в водопроводную воду, на обработанном щелочью серпентините, и кривые десорбции фтора из сорбента раствором щелочи в двух последовательных циклах сорбции-регенерации.

На фиг.4 и 5 представлены выходные кривые сорбции бора из опресненной морской воды на обработанном серпентините и кривые десорбции бора из сорбента раствором щелочи в двух последовательных циклах сорбции-регенерации.

На фиг.6 представлена схема установки, использованной для опытно-промышленных испытаний технологии водоподготовки на основе предлагаемого способа.

В табл.1 и 2 представлены результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний по подготовке питьевой воды с использованием природной артезианской воды.

В описываемых ниже примерах приведены результаты экспериментальных исследований, в которых имитировались условия осуществления предлагаемого способа.

Пример 1.

Использовались четыре одинаковые ионообменные лабораторные колонки с внутренним диаметром 0,8 см² и высотой 20 см, в которые загружали по 5 мл следующих гранулированных материалов:

в колонку №1 - серпентинит Веденского месторождения с размером гранул 2÷3 мм;

в колонку №2 - такой же серпентинит с размерами гранул 0,5÷2 мм;

в колонку №3 - такой же серпентинит с размерами гранул 0,5÷2 мм, предварительно обработанный щелочным раствором;

в колонку №4 - кварцевый песок с размером гранул 0,8÷1,2 мм.

Для обработки щелочным раствором через колонку №3 со скоростью 15 мл/ч пропускали 60 мл 0,1% раствора NaOH со щелочностью 0,025 г-экв/л. Один и тот же испытуемый раствор подавали в колонки из напорных емкостей, снабженных гидравлическим устройством для поддержания постоянной скорости.

Для приготовления испытуемого модельного раствора использовали воду Московского водопровода с добавлением заданного количества железа в виде рассчитанного количества раствора 0,1 н. соли Мора (Fe^+II) до концентрации 1,45 мг/л по железу. Для стабилизации исходного раствора в него добавляли органический комплексообразователь - аскорбиновую кислоту - до концентрации 10 мг/л. Исследуемый раствор пропускали через каждую из колонок со скоростью 50 мл/ч (10 колоночных объемов в час). Растворы, выходящие из колонок, отбирали в виде фракций по 25 мл, которые анализировали на содержание железа.

Из данных фиг.1 видно, что в исследуемых условиях на образцах из колонок №1 и №4 (крупнозернистый серпентинит и кварц) проскок целевого компонента наблюдается, как видно из выходных кривых 1 и 4, уже в первых пробах фильтрата. При пропускании порядка 100 мл исследуемого раствора (примерно 20 колоночных объемов) его содержание становится практически одинаковым с исходным. Емкость по железу для них составляет около 0,65 и 3,2 мг/г соответственно.

Для образца из колонки №2 (выходная кривая 2) наблюдается сорбция железа из 200 колоночных объемов (1000 мл). При этом накопление железа в слое исследуемого сорбента составляет приблизительно 108 мг/г.

Для образца из колонки №3, обработанного щелочью (выходная кривая 3), наблюдается наибольшая степень очистки от железа. Исходная концентрация железа, соответствующая линии 5, не достигается в фильтрате за время эксперимента. При этом накопление железа в слое исследуемого сорбента составляет приблизительно 245 мг/г.

Пример 2.

В экспериментах по очистке воды от фтора использовали ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,8 см² и высотой 20 см, в которую загружали 5 мл серпентинита с крупностью гранул 0,5÷1.2 мм.

Последовательно осуществляли перечисленные ниже операции.

A. Через колонку пропускали 60 мл 1% раствора NaOH (0,25 г-экв/л по щелочности) со скоростью 15 мл/ч (3 колоночных объема в час).

Б. Далее через колонку пропускали испытуемый раствор из напорной емкости, снабженной гидравлическим устройством для поддержания постоянной скорости. Для приготовления испытуемого модельного раствора использовали воду Московского водопровода с добавлением заданного количества фтора в виде рассчитанного количества фторида натрия до концентрации 3,65 мг/л по фтору. Пропускание через колонку проводили со скоростью 50 мл/ч (10 колоночных объемов в час). Раствор, выходящий из колонки, отбирали в виде фракций по 25 мл, которые анализировали на содержание фторида методом ионной хроматографии.

B. Повторяли все операции по п.А.

Г. Повторяли все операции по п.Б.

Д. Повторяли все операции по п.А.

На фиг.2 представлена выходная кривая 6 сорбции для первого цикла, которая остается ниже линии 8 исходной концентрации. Сорбция фторида продолжается при пропускании более 800 мл исходного раствора, т.е. до 160 колоночных объемов. Представленная на фиг.2 кривая 7 сорбции фторида во втором цикле практически полностью идентична соответствующей кривой 6 для первого цикла.

Всего сорбировано в первом цикле: 0,731 мг фтора (0,146 мг/г сорбента). Сорбировано во втором цикле 0,688 мг фтора (0,14 мг/г сорбента). На фиг.3 представлены выходные кривые 9 и 10 десорбции фторида (регенерации сорбента) соответственно после первого и второго циклов очистки воды, проведенных, как описано выше. Кривые практически идентичны. Десорбировано в первом цикле регенерации: 0,686 мг фтора (0,14 мг/г сорбента). Десорбировано во втором цикле регенерации: 0,689 мг фтора (0,14 мг/г сорбента).

Приведенный пример иллюстрирует возможность селективной сорбции фторидов на серпентините для очистки воды от фтора и сохранение материалом, обработанным щелочным раствором, сорбционных свойств по отношению к фторидам.

Пример 3.

В экспериментах по очистке воды от бора использовали модельный раствор опресненной морской воды следующего состава: NaCl 0,73 г/л; MgSO₄ 0,20 г/л, В 1,5 мг/л (Na₂B₄O₇·10H₂O 13,8 мг/л). Использовали ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,8 см² и высотой 20 см, в которую загружали 5 мл серпентинита с крупностью гранул 0,5÷1,2 мм.

А. Через колонку пропускали 50 мл 1% раствора NaOH (0,25 г-экв/л по щелочности) со скоростью 15 мл/ч (3 колоночных объема в час).

Б. Далее через колонку пропускали испытуемый раствор из напорной емкости, снабженной гидравлическим устройством для поддержания постоянной скорости. Пропускание через колонку проводили со скоростью 25 мл/ч (5 колоночных объемов в час). Раствор, выходящий из колонки, отбирали в виде фракций по 25 мл, которые анализировали на содержание бора по методике, основанной на комплексообразовании борной кислоты с маннитом, описанной в монографии: Немодрук А.А., Каралова З.К. Аналитическая химия бора. - М.: Наука, 1961, с.48 [8]. Для фиксирования точки эквивалентности в качестве индикатора использовали фенолфталеин.

В. Повторяли все операции по п.А.

Г. Повторяли все операции по п.Б.

Д. Повторяли все операции по п.А.

На фиг.4 представлена выходная кривая 11 сорбции для первого цикла, которая остается ниже линии 13 исходной концентрации.

Сорбция бора продолжается при пропускании более 750 мл исходного раствора, т.е. до 150 колоночных объемов. Представленная на фиг.4 выходная кривая 12 сорбции фторида во втором цикле практически идентична соответствующей кривой 6 для первого цикла.

Всего сорбировано в первом цикле: 0,62 мг бора (0,125 мг/г сорбента). Сорбировано во втором цикле 0,69 мг бора (0,14 мг/г сорбента).

На фиг.5 представлены выходные кривые 14 и 15 десорбции бора (регенерации сорбента) соответственно после первого и второго циклов очистки модельного раствора. Кривые практически идентичны.

Десорбировано в первом цикле регенерации: 0,61 мг бора (0,12 мг/г сорбента). Десорбировано во втором цикле регенерации: 0,64 мг бора (0,13 мг/г сорбента).

Данный пример иллюстрирует возможность селективной сорбции бора на серпентините и сохранение материалом, обработанным щелочным раствором, сорбционных свойств по отношению к бору.

Пример 4.

В качестве исходного обрабатываемого раствора использовали артезианскую воду состава, представленного в столбце 4 табл.1. Использовали ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,8 см² и высотой 20 см, в которую загружали 5 мл серпентинита объемом 5 мл с крупностью гранул 0,5÷1,2 мм.

Через колонку пропускали 80 мл 0,5% раствора NaOH (0.13 г-экв/л по щелочности) со скоростью 15 мл/ч (3 колоночных объема в час). Далее через колонку пропускали 850 мл испытуемого раствора со скоростью 50 мл/ч (10 колоночных объемов в час). Раствор, выходящий из колонки, отбирали в виде одной общей фракции и анализировали на содержание железа, фтора, бора и цветных металлов с использованием перечисленных выше методик, а также метода атомно-абсорбционной спектрометрии.

Полученные результаты, представленные в столбце 5 табл.1, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее гигиеническим нормативам для питьевой воды (столбец 3 табл.1).

Пример 5.

Проводили все операции аналогично Примеру 4, с той разницей, что в качестве щелочного раствора использовали 1% раствор кальцинированной соды - Na₂CO₃ (0,2 г-экв/л по щелочности).

Полученные результаты, представленные в столбце 6 табл.1, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее гигиеническим нормативам для питьевой воды.

Пример 6.

Проводили все операции аналогично Примеру 4, с той разницей, что в качестве щелочного раствора использовали 250 мл 0,09% раствора Са(ОН)₂ (0,025 г-экв/л по щелочности), который пропускали через колонку со скоростью 25 мл/ч (5 колоночных объемов в час).

Полученные результаты, представленные в столбце 7 табл.1, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее нормативам для питьевой воды.

Таблица 1
Результаты лабораторных опытов по очистке воды
Показатели	Единицы измерения	Требования (СанПин 2.1.1074-01)	Исходная вода	Вода очищенная (Пример 4)	Вода очищенная (Пример 5)	Вода очищенная (Пример 6)
1	2	3	4	5	6	7
Мутность	мг/л (по каолину)	≤2.0	3.17	0.33	0.53	0.89
Железо	мг/л	≤0.3	0.49	0.12	0.14	0.12
Марганец	мг/л	≤0.1	0.23	0.03	0.06	0.04
Фтор	мг/л	≤1.2	1.66	0.45	0.67	0.39
Бор	мг/л	≤0.5	0.68	0.11	0.18	0.14
Цинк	мг/л	≤3.0	0.86	0.09	0.23	0.15
Медь	мг/л	≤1.0	0.65	0.06	0.13	0.09
Свинец	мг/л	≤0.03	0.02	<0.01	<0.01	<0.01

Пример 7

Были проведены опытно-промышленные испытания по водоподготовке, включающей комплексную очистку артезианской воды с использованием установки, показанной на фиг.6.

На фиг.6:

16 - исходная емкость для щелочного раствора;

17 - насос для подачи щелочного раствора;

18, 19 - сорбционные фильтры с загрузкой по 1 м³ гранулированного серпентинита с размером гранул 0,8-1,2 мм;

20 - промежуточная емкость для исходной воды;

21 - насос для подачи исходной воды на сорбционные фильтры;

22 - емкость-сборник для очищенной воды;

23 - насос для взрыхления фильтров и для раздачи очищенной воды;

24, 25 - пробоотборники;

26 - канализационный сток;

27 - распылительная насадка;

28 - линия подачи очищенной воды к потребителю;

29-56 - клапаны (краны);

57 - склад (емкость) мокрого хранения щелочи, смонтированный по стандартной схеме, включая насос подачи концентрированного раствора щелочи.

Очистке подвергали исходную артезианскую воду состава, представленного в столбце 4 табл.2.

Процесс опытно-промышленных испытаний с использованием установки, показанной на фиг.6, включал проведение последовательности перечисленных ниже операций.

А. Щелочной раствор, представляющий собой 1% раствор NaOH, забираемый из емкости 16 с помощью насоса 17, пропускают через сорбционный фильтр 18 со скоростью 4 м³/ч в течение 2,5 часов. Полученный на выходе из фильтра раствор направляют в канализационный сток 26 и далее на очистные сооружения. При проведении указанных операций открыты клапаны 29-32. Остальные клапаны закрыты.

Б. Исходную воду подают в промежуточную емкость 20 через распылительную насадку 27 для обеспечения необходимого содержания в ней воздуха. Воду забирают из емкости с помощью насоса 21 и пропускают через фильтр 18 с расходом 10 м³/ч. Выходящий из фильтра 18 раствор в течение 30 минут подают в емкость 16 для приготовления щелочного раствора (всего подают 5 м³) для следующего цикла регенерации. Необходимый режим пропускания на этой стадии обеспечивают открытием показанных на фиг.6 клапанов 33-38 при прочих закрытых клапанах. Затем выходящий раствор направляют в сорбционный фильтр 19 и продолжают процесс в режиме последовательного пропускания через фильтры 18 и 19, производя соответствующие переключения с помощью клапанов 38, который закрывают, и 39, 41, 42, которые открывают. Очищенную воду направляют в емкость-сборник 22, откуда насосом 23 подают ее потребителю через линию 28 при открытых клапанах 43 и 55.

В ходе процесса водоподготовки очищенную воду периодически, один раз в 2 часа, анализируют по содержанию в ней фтора, как наименее сорбируемого компонента. Для проведения анализов пробы очищенной воды отбирают через пробоотборник 25. Процесс очистки прекращают при достижении концентрации фтора в выходящем растворе выше 1,2 мг/л. Всего очищают 145 м³ исходной воды.

Усредненный состав очищенной воды, рассчитанный на основании анализов всех проб, представлен в табл.2 в столбце 5.

В. С помощью насоса 23 очищенную воду подают на фильтр 18 в направлении потока снизу-вверх со скоростью 30 м³/ч в течение 5 минут. Указанная операция обеспечивает взрыхление загрузки сорбционного материала и удаление практически всего количества удаленного из воды железа в виде светлой суспензии его гидроксида. Указанную суспензию направляют в канализацию 26 и далее на очистные сооружения. Для проведения перечисленных операций предварительно открывают клапаны 43-46 и закрывают все остальные. После проведения указанной операции взрыхления завершается 1 цикл переработки воды.

Г. В емкость 16 подают дополнительно 5 м³ водопроводной воды через клапан 47 и раствор в указанной емкости доукрепляют до получения 1% раствора щелочи. Для этого со склада (емкости) мокрого хранения щелочи 57 через клапан 48 подают 25% раствор гидроксида натрия.

Д. Щелочной раствор, забираемый из емкости 16 с помощью насоса 17, пропускают через сорбционный фильтр 19 со скоростью 4 м³/ч. Продолжительность пропускания щелочного раствора определяют по содержанию в регенерате, отбираемом из пробоотборника 24, марганца, как наиболее сорбируемого компонента. Процесс ведут до достижения концентрации марганца в выходящем растворе менее 0,1 мг/л. Это соответствуют десорбции не менее чем 90% от количества указанного элемента, поглощенного из воды в ходе ее очистки в соответствии с пунктом Б. Всего пропускают через фильтр 9,2 м³ щелочного раствора. Полученный на выходе из фильтра 19 раствор направляют в канализацию 26 и далее на очистные сооружения. Для проведения перечисленных операций предварительно открывают клапаны 29, 30, 49, 50, а остальные закрывают.

Е. Исходную воду подают в промежуточную емкость 20 через распылительную насадку 27 и забирают из емкости с помощью насоса 21 и пропускают через фильтр 19 с расходом 10 м³/ч. Выходящий из фильтра 19 раствор в течение 30 мин подают в емкость 16 для приготовления щелочного раствора (всего подают 5 м³) для следующего цикла регенерации. При этом открыты клапаны 34, 35, 51, 39, 41, 52, а остальные - закрыты. Затем закрывают клапаны 41 и 52, открывают клапаны 53, 54 и 42 и продолжают процесс в режиме последовательного пропускания воды через фильтры в направлении от позиции 19 к позиции 18. Очищенную воду направляют в емкость-сборник 22, откуда насосом 23 подают ее потребителю по линии 28 через открытые клапаны 43 и 55. В ходе процесса водоподготовки очищенную воду периодически, один раз в 2 часа, анализируют по содержанию в ней фтора, как наименее сорбируемого компонента. Для проведения анализов пробы очищенной воды отбирают через пробоотборник 24. Процесс очистки прекращают при достижении концентрации фтора в выходящем растворе выше 1,2 мг/л. Всего очищают 160 м³ исходной воды.

Ж. С помощью насоса 23 очищенную воду подают на фильтр 19 в направлении потока снизу-вверх со скоростью 30 м³/ч в течение 5 минут. Полученную суспензию направляют в канализацию 26 и далее на очистные сооружения. Для проведения перечисленных операций предварительно открывают клапаны 43, 44, 56, 40 и закрывают все остальные. После проведения указанной операции взрыхления завершается 2-й цикл переработки воды.

З. Повторяют все операции по п.Г, с той разницей, что в емкость 16 дополнительно подают 4,2 м³ водопроводной воды.

И. Повторяют все операции по п.Д, с той разницей, что пропускание щелочного раствора ведут через фильтр 18.

К. Повторяют все операции по п.Е, с той разницей, что пропускание щелочного раствора ведут сначала через фильтр 18, а затем последовательно через фильтры 18 и 19.

Усредненный состав очищенной воды, рассчитанный на основании анализов всех проб и соответствующий 3-му циклу очистки на одной и той же загрузке гранулированного серпентинита, представлен в столбце 6 табл.2.

Л. Повторяют 8 раз все операции в соответствии с п.п.В-К. В итоге получают очищенную воду, соответствующую 12-му циклу очистки на одной и той же загрузке гранулированного серпентинита.

Как видно из приведенного описания работы установки, иллюстрируемой фиг.6, в ней осуществляется периодическая водная промывка серпентинитной загрузки. Изменения в схеме этой установки, которые потребовались бы для промывки водно-воздушным методом, минимальны и очевидны: к линии подачи воды в емкости 18, 19 левее клапана 44 достаточно присоединить трубопровод для подачи воздуха от компрессора с клапаном, исключающим возможность движения воды в сторону компрессора. Водно-воздушная промывка полезна при избыточном содержании в исходной воде восстановителей (сероводорода, сульфитов, нитритов и других подобных соединений).

Усредненный состав очищенной воды представлен в столбце 7 табл.2. Полученные результаты, представленные в табл.2, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее гигиеническим нормативам для питьевой воды (столбец 3 табл.2).

Таблица 2
Результаты опытно-промышленных испытаний по очистке артезианской воды
Показатели	Единицы измерения	Требования (СанПин 2.1.1074-01)	Исходная вода	Вода, очищенная во 2-м цикле	Вода, очищенная в 3-м цикле	Вода, очищенная в 12-м цикле
1	2	3	4	5	6	7
Мутность	мг/л (по каолину)	≤2.0	0.79	0.25	0.21	0.14
Железо	мг/л	≤0.3	0.59	0.12	0.11	0.12
Марганец	мг/л	≤0.1	0.13	0.02	<0.01	<0.01
Фтор	мг/л	≤1.2	3.07	1.12	0.98	0.95
Бор	мг/л	≤0.5	0.56	0.10	<0.05	<0.05
Цинк	мг/л	≤3.0	0.73	0.09	0.13	0.11
Медь	мг/л	≤1.0	0.44	0.06	0.05	0.06
Свинец	мг/л	≤0.03	0.015	<0.01	<0.01	<0.01

Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ может быть использован в системе питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, в том числе для производства питьевой воды высшей категории, соответствующей российским и международным стандартам.

Источники информации

1. Encyclopedia of life support systems. - V.III. - Knowledge base for sustainable development / Novitsky E.G., Khamizov R.Kh. // Chapter 8. - Water and waste water treatment. - Oxford, Uk.: EOLSS publ. co., 2002, pp.305-325.

2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. - Киев., «Высшая школа», 1986, сс.193-222.

3. Патент РФ №2238788, опубл. 27.10.2004.

4. Патент РФ №2241535, опубл. 10.12.2004.

5. Авторское свидетельство СССР №947077, опубл. 30.07.1982.

6. Патент РФ №2136608, опубл. 10.09.99.

7. Российская заявка на выдачу патента на изобретение №99117320, опубл. 20.06.2001.

8. Немодрук А.А., Каралова З.К. Аналитическая химия бора. - М.: Наука, 1961, с.48.

Claims

1. Способ водоподготовки, включающий фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита, отличающийся тем, что используют серпентинит с размером гранул 0,15÷2 мм, который предварительно преобразуют в анионообменный материал путем обработки щелочным раствором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора используют раствор гидроксида натрия, калия, аммония или кальция, либо раствор карбоната натрия или калия, либо их смеси в различных комбинациях с щелочностью не менее 0,01 г-экв/л.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что периодически осуществляют дополнительную обработку слоя гранулированного серпентинита щелочным раствором с интервалом не более того, при котором имеет место «проскок» наименее сорбируемого загрязняющего компонента выше его предельно-допустимой концентрации.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что обработку щелочным раствором проводят его фильтрацией через слой гранулированного серпентинита в направлении по ходу потока фильтрации при очистке воды или в противоположном направлении.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в начале каждого фильтроцикла первую порцию полученной воды, соответствующую 3÷5 объемам слоя гранулированного серпентинита, отделяют от дальнейших порций очищенной воды и используют для приготовления щелочного раствора для обработки серпентинита в следующем цикле.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что фильтрацию воды проводят через два или большее число последовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита, при этом интервал периодической обработки щелочным раствором определяют по "проскоку" наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего обрабатывают щелочным раствором слой, который был первым по ходу потока.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что длительность обработки щелочным раствором или объем щелочного раствора определяют из условия, что десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что одновременно с фильтрацией воды через несколько указанных слоев осуществляют обработку щелочным раствором еще одного слоя, этот обработанный щелочным раствором слой используют в следующем цикле фильтрации в качестве последнего по ходу потока слоя, а этим слоем заменяют первый слой, который направляют на обработку щелочным раствором.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что длительность обработки щелочным раствором или объем щелочного раствора определяют из условия, что десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.

10. Способ по любому из пп.4, 5, 7-9, отличающийся тем, что он включает периодическую промывку слоя гранулированного серпентинита водным или водно-воздушным методом.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что он включает периодическую промывку слоя гранулированного серпентинита водным или водно-воздушным методом.

12. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что длительность обработки щелочным раствором или объем щелочного раствора определяют из условия, что десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что он включает периодическую промывку слоя гранулированного серпентинита водным или водно-воздушным методом.