Способ очистки подземной воды от бромидов и соединений бора в присутствии железа и марганца и кондиционирования ее для питьевых целей

 

Изобретение относится к области водоочистки и может быть применено в качестве способа очистки подземной воды от бромидов и соединений бора и кондиционирования ее для питьевых целей. Согласно изобретению в способе очистки подземной воды от бромидов и соединений бора в присутствии железа и марганца и кондиционирования ее для питьевых целей очистку с аэрированием ведут одновременно по железу, марганцу, частично по бору и брому, а анионирование ведут в две ступени, удаляя на первой ступени соединения бора, а на второй - бромиды с введением окислителя перед стадией дебромирования, поддерживают сдвиг 30-70% временного режима работы фильтров дебромирования и вводят барьерную ступень с последующим кондиционированием воды до питьевых качеств. Способ позволяет повысить степень очистки от бромидов и брома, а также упростить процесс очистки.

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть применено для удаления бромидов и соединений бора до норм ПДК и ниже из вод, предназначенных для питьевых целей или сброса в открытые водоемы.

Известен способ дехлорирования и дебромирования сточных вод фармацевтических производств путем обработки адсорбентом (1).

Известен также способ очистки сточных вод от бромидов, включающий введение иодидов и сорбцию на гидрооксиде алюминия (2).

Известен также способ очистки и кондиционирования воды для питьевых целей путем предочистки фильтрованием на гранулированных сульфо(карбо)ксильных катионитах, анионирование и последующей глубокой адсорбционной обработки на активированном угле (3).

Известный способ очистки подземной воды от бромидов и соединений бора и кондиционирования ее для питьевых целей технологически сложен и не позволяет добиться высокой степени очистки одновременно по бору и брому.

Целью изобретения является повышение степени очистки подземной воды от бромидов и соединений бора и технологичности способа.

Технический результат достигается тем, что очистку с аэрированием осуществляют одновременно по железу, марганцу, частично по бору и брому, а анионирование выполняют в две ступени, удаляя на первой ступени соединения бора, а на второй - бромиды, с введением окислителя перед стадией дебромирования, поддерживают сдвиг 30-70% временного режима работы фильтров дебромирования, дополнительно кондиционируют по Сl^- и вводят барьерную ступень.

Способ реализуется следующим образом.

Аэирируют исходную воду с фильтрованием, очистку с аэрированием осуществляют одновременно по железу, марганцу, частично по бору и брому, выполняют анионирование с удалением на первой ступени соединений бора, а на второй - бромидов, вводят окислитель перед стадией дебромирования, поддерживают сдвиг 30-70% временного режима работы фильтров дебромирования, дополнительно кондиционируют по Сl^- и вводят cтупень глубокой очистки с последующим корректированием состава воды до питьевых качеств по схеме: фторирование, обеззараживание, стабилизация.

Способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Подземные воды Чумлякского месторождения для хозяйственно-питьевого водоснабжения в Курганской обл. (скважина 11) имеют следующий состав: Fe(суммарно)=2,32 мг/л Мn²⁺=0,4 мг/л В(суммарно)=1,75 мг/л Вr^-=1,0 мг/л рН 7,55 Сl^-=154 мг/л SO₄ ^2-=186 мг/л F^-=0,4 мг/л I_L=-1,14 ед. рН,
где I_L - индекс Ланжелье, измеряемый в единицах рН и характеризующий стабильность воды.

μ = - 33,4 мг СаСО₃/л,
где μ - потенциал осаждения карбоната кальция.

Очистка подземной воды от бромидов и соединений бора и кондиционирование ее для питьевых целей осуществляют следующим образом. Проводят аэрирование воды с ее разбрызгиванием над поверхностью загрузки с прикрепленными микрооорганизмами. При этом происходит удаление части углекислоты и образование гидрооксида железа. Последующее фильтрование способствует дальнейшему доокислению железа и марганца, образованию каталитической гидроксидной пленки на волокнах и гранулах пенополистирола. Подземную воду очищают на каталитической пленке от 15% бора и 20% брома. Очищенная от железа и марганца и частично от бора и брома подземная вода с расходом ~70% поступает на первую ступень анионитовых фильтров, загруженных селективной по бору смолой S108. Далее фильтрат поступает в смеситель, где его смешивают с частью обезжелезенной (и очищенной от марганца) воды (20% от общего расхода). Очищенную от бора воду направляют на вторую ступень анионирования - дебромирование. Наиболее сильной поглотительной способностью при извлечении брома из водных растворов обладают аниониты в Сl^- - ионной форме. Для сорбции брома применяют сильноосновнoй анионит АВ-17-8. Осуществляют введение окислителя в виде активного хлора дозой 4 мг Сl₂/л при времени контакта, равном 6 мин. Используют три анионитовых фильтра. При отключении одного фильтра на регенерацию скорость фильтрования в форсированном режиме при работе двух фильтров 20 м/ч. Продолжительность фильтроцикла 2,2 сут.

Процесс анионирование подземной воды на смоле АВ-17-8 сопровождается резким увеличением концентраций выходящих Сl^-. Для обеспечения нормированных СанПиН концентраций хлоридов в очищаемой от бора и брома воде С_{Cl -}=350 мг/л, последовательно включая фильтры, смешивают потоки для осреднения выходящих концентраций Сl^-.

Последовательный режим включения в работу фильтров в сочетании с регенерацией обеспечивается во время пуско-наладочных работ. Выбор времени смещения регенерации фильтров подбирается экспериментально по выходной кривой Сl^- и составляет 30%. При смещении цикла работы фильтров фильтр 1 выделяет в фильтрат на второй половине фильтроцикла наименьшую концентрацию хлоридов, а фильтр 2, находящийся в начальном цикле, выделяет в фильтрат максимальное количество хлоридов. Когда включается в работу фильтр 3, то фильтр 1 - вначале регенерации, фильтр 2 - во второй половине цикла с наименьшими хлоридами, а фильтр 3 - вначале и выделяет в фильтрат максимальное количество хлоридов. При работе трех фильтров одновременно также происходит эффективное усреднение фильтрата. Кроме того, разбавление дебромированной воды достигается при подмешивании фильтрата после I ступени анионирования. Регенерацию анионита АВ-17-8 проводят 5-8% раствором NaCl. Расход - 5 объемов на 1 объем анионита. Расход воды на отмывку от NaCL составил 9 объемов на объем регенерируемого анионита. Глубокую очистку осуществляют в слое гранулированного активированного угля марки АГ-3 со скоростью фильтрования сверху вниз 15 м/ч. Производили коррекцию воды по фторидам раствором фтористого натрия, потенциалу осаждения карбоната кальция осветленным известковым раствором и обеззараживание с достижением питьевых качеств воды.

Имеем:
Fe(суммарно)<0,05 мг/л
Мn²⁺<0,05 мг/л
В(суммарно)<0,5 мг/л
Вr^-<0,2 мг/л
рН 8,35
Сl^-=190 мг/л
SO₄ ^2-=152 мг/л
F^-=1,5 мг/л
I_L=0,25 ед. РН,
μ=4 мг СаСО₃/л
Пример 2.

Подземные воды г. Камышлова Свердловской обл. имеют следующий состав:
Fe(суммарно)=3,15 мг/л
Мn²⁺=0,7 мг/л
В(суммарно)=2,2 мг/л
Вr^-=2,0 мг/л
рН 7,45
Сl^-=43,9 мг/л
SO₄ ^2-=210 мг/л.

Проводят аэрирование воды с фильтрованием аналогично примеру 1. Очищенная от железа и марганца и частично от бора и брома подземная вода с расходом до ~ 60% поступает на первую ступень анионитовых фильтров, загруженных селективной по бору смолой S108. Далее фильтрат поступает в смеситель, где смешивается с частью обезжелезенной воды (до 25% от общего расхода). Очищенная от бора вода направляется на вторую ступень анионирования - дебромирование. Сорбцию брома проводят на анионите АВ-17-8. Осуществляют введение окислителя в виде хлора дозой 5 мг Сl₂/л при времени контакта, равном 6 мин. Процесс анионирования подземной воды на смоле АВ-17-8 сопровождается резким увеличением концентраций выходящих Сl^-. Для обеспечения нормированных СанПиН концентраций хлоридов в очищаемой от бора и брома воде устанавливают время смещения фильтров 50%. Производят усреднение фильтрата. Кроме того, разбавление дебромированной воды достигается при подмешивании фильтрата после I ступени анионирования.

Регенерацию анионита АВ-17-8 проводят раствором NaCl аналогично примеру 1.

Глубокую очистку в слое гранулированного активированного угля марки АГ-3 высотой загрузки 1,8 м со скоростью фильтрования сверху вниз 12 м/ч. Осуществляли коррекцию воды по фторидам, стабилизацию и обеззараживание аналогично примеру 1 с достижением питьевых качеств воды.

Имеем:
Fe(суммарно)<0,05 мг/л
Мn²⁺<0,05 мг/л
В(суммарно)<0,5 мг/л
Br^-<0,2 мг/л
рН 8,25
Cl^-=54,4 мг/л
SO₄ ^2-=103,0 мг/л.

Пример 3.

Подземные воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения в Челябинской обл. (скважина 03) имеют следующий состав:
Fe(суммарно)=3,8 мг/л
Мn²⁺=0,52 мг/л
В(суммарно)=2,37 мг/л
Br^-=1,5 мг/л
рН 7,1
Сl^-=74,4 мг/л
SO₄ ^2-=160 мг/л.

Воду аэрируют с ее разбрызгиванием и удаляют часть углекислоты с образованием гидроокиси железа и соединений марганца. Выполняют фильтрование с дальнейшим доокислением железа и марганца и образованием каталитической гидрооксидной пленки железа и марганца на волокнах и гранулах пенополистирола. Пропускают подземную воду с освобождением ее от 22% бора и 27% брома. Очищенную от железа и марганца и частично от бора и брома подземную воду с расходом до ~ 60% подают на первую ступень анионитовых фильтров, загруженных селективной по бору смолой IRA-743. Далее фильтрат направляют в смеситель, где смешивают с частью обезжелезенной воды (25% от общего расхода). Очищенную от бора воду направляют на вторую ступень анионирования - дебромирование. Вводят окислитель в виде хлора дозой 6 мг Сl₂/л при времени контакта, равном 4 мин. Нормируют концентрацию хлоридов, смешивая потоки с временем смещения регенерации фильтра 22%. Регенерацию анионита АВ-17-8 проводят аналогично примеру 2. Глубокую очистку осуществляли в слое гранулированного активированного угля марки АГ-3 со скоростью фильтрования сверху вниз 12 м/ч. Проводили коррекцию воды по фтору, стабилизацию и обеззараживание согласно примеру 1 с достижением питьевых качеств воды.

Имеем:
Fe(суммарно)<0,05 мг/л
Mn²⁺<0,05 мг/л
В(суммарно)<0,5 мг/л
Вr^-<0,2 мг/л
рН 8,4
Сl^-=86 мг/л
SO₄ ^2-=144 мг/л.

Дополнительным преимуществом заявляемого способа является возможность получения из отработанных регенерационных растворов для промывки фильтров с загрузкой анионитами марок S-108 или IRA-743 содержащегося в них в количестве 90% бора в виде борной кислоты в концентрации до 35 г/л.

Способ может применяться для очистки от бромидов и соединений бора вод, опресненных по мембранной технологии (пермиаты, дилюаты и др.).

Источники информации
1. А.с. СССР 1662939, кл. С 02 F 1/28, 1989.

2. А.с. СССР 1682320, кл. С 02 F 1/28, 1989.

3. А.с. СССР 2084411, кл. С 02 F 1/28, 1994.

Формула изобретения

Способ очистки подземной воды от бромидов и соединений бора в присутствии железа и марганца и корректирования ее для питьевых целей, заключающийся в том, что при аэрации и фильтровании воды осуществляют ее очистку одновременно по железу, марганцу, частично по бору и брому, а анионирование выполняют в две ступени, удаляя на первой ступени соединения бора, а на второй - бромиды, с введением окислителя перед стадией дебромирования, поддерживают сдвиг 30-70% временного режима работы анионитовых фильтров дебромирования и вводят ступень глубокой очистки на угольных фильтрах с дополнительным кондиционированием по схеме: фторирование, обеззараживание, стабилизация воды.