Способ получения фильтрующей гранулированной загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения


 


Владельцы патента RU 2524953:

Полозова Ольга Алексеевна (RU)

Изобретение относится к области водоподготовки питьевой воды. Способ получения фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды включает измельчение осадочной горной породы и обжиг в высокоскоростном режиме. В качестве осадочной горной породы используют известняк, содержащий карбонат кальция, карбонат магния, органические примеси, глинистые включения и кварц. Техническим результатом изобретения является повышение сорбционной способности и расширение диапазона извлекаемых элементов фильтрующей загрузки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к области водоподготовки питьевой воды, в частности для очистки воды, забранной из поверхностных источников водоснабжения, и может быть использовано в системах водоподготовки в населенных пунктах для получения питьевой воды, соответствующей гигиеническим требованиям.

Известен способ получения гранулированного фильтрующего материала (RU 2375101, Кл. B01D 39/06, 2009 г.), используемого для очистки природных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в фильтровальных сооружениях. Данный способ включает помол смеси компонентов, содержащих кембрийскую глину и доломит, приготовление суспензии, сушку и обжиг. В состав компонентов также входят гранитные отсевы, бой керамических изделий и стеклобой. Сушку осуществляют в кипящем слое, а обжиг - при температуре 650-700°С.

Способ получения слишком сложный из-за необходимости приготовления суспензии, которое требует достаточного количества воды с последующей ее утилизацией. Полученный же фильтрующий материал не достаточно эффективный, и, кроме того, он имеет небольшой диапазон извлекаемых из воды компонентов.

Известен способ изготовления фильтрующего материала (RU, 2219994, кл. B01J 20/02, B01J 20/06, B01J 20/30, 2003 г), относящийся к технологии изготовления фильтрующего материала на основе осадочных горных пород. Способ заключается в активации сырья на основе минерала, включающего, по меньшей мере, один карбонат и оксид кальция и/или магния, путем последовательного проведения следующих действий: обжиг измельченного сырья, обработку полученного полупродукта активатором, разделение жидкой и твердой фаз и сушку твердой фазы. При этом в качестве сырья используют, по меньшей мере, один из минералов, входящих в группу, содержащую осадочные горные породы типа доломитизированных известняков и доломитовых мраморов и минералы доломит, магнезит, кальцит, их искусственные или природные смеси, содержащие карбонаты кальция и магния в количестве не менее 95 мас.%, а в качестве активатора используют водные растворы солей железного купороса FeSO4, или соли Мора FeSO4·NH4(SO4) концентрацией 3-12 г/л и медного купороса CuSO4 концентрацией 0,3-1,5 г/л. При этом, перед обжигом сырье подвергают дополнительной обработке, направленной на активацию поверхности частиц сырья, например путем введением поваренной соли NaCl в количестве 1-5 мас.% при нормальных условиях. Обжиг сырья производят при температуре 450-600°С в течение 1-6 ч.

Однако для получения фильтрующего материала по указанному способу в качестве сырья необходимо использовать высококачественные природные материалы, ограниченные жесткими характеристиками, а именно, высоким содержанием в породе карбонатов кальция и магния (не менее 95%), являющиеся довольно дорогостоящими. Кроме того, фильтрующий материал, полученный известным способом, ограничен сорбционными способностями, в основном он направлен для удаления взвешенных частиц, природных органических веществ, железа (Fe+2/Fe+3) и марганца. Способ достаточно энергоемкий из-за необходимости длительного от 1 до 6 часов обжига породы при 650-800°С.

В системе водоподготовки на одной из первых стадий часто применяют коагулянты, в качестве которых используют, как правило, доступные и дешевые соли слабых оснований - железа и алюминия - и сильных кислот: Fe2(SO4)3, FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3, AlCl3, при взаимодействии которых с водой образуется новая малорастворимая высокопористая фаза, гидроксидов железа или алюминия. Происходит также соосаждение тяжелых металлов, по свойствам близких к вводимому в раствор коагулянту. Если известные фильтрующие материалы могут извлекать из воды железо и марганец, то ионы алюминия известными материалами из воды практически не извлекаются, что сказывается на качестве питьевой воды. Попадание А13+ (так же, как и Hg2+, и Pb2+) в сеть водоснабжения городов при очистке воды приводит к более высоким уровнем загрязнения данным металлом. Токсическое действие алюминия проявляется во влиянии на обмен веществ, в особенности на усвоение организмом минералов, на функцию нервной системы, в способности действовать непосредственно на клетки - их размножение и рост. К важнейшим клиническим проявлениям нейротоксического действия алюминия относят нарушения двигательной активности, судороги, снижение или потерю памяти и нервные отклонения. Увеличение концентрации алюминия в мозге ассоциируется с болезнью Альцгеймера, расстройствами типа слабоумия и даже смертью, главным образом престарелых людей. Также при применении коагулянтов повышается кислотность (pH) очищенной воды, которая также негативно действует на организм человека.

Задачей изобретения является использование дешевого природного сырья для получения фильтрующей гранулированной загрузки для очистки воды открытых источников водоснабжения, обеспечивающей глубокое извлечения остаточного алюминия и повышение щелочности воды.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сорбционной способности и расширение диапазона извлекаемых элементов фильтрующей загрузки, а также повышение ее долговечности.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения фильтрующей гранулированной загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения, включающем измельчение осадочной горной породы с последующим обжигом измельченного сырья, согласно изобретению обжиг осуществляли при высокоскоростном режиме в течение 20-25 минут со скоростью 30-35°С в минуту, при этом в качестве осадочной горной породы используют известняк следующего состава, в вес.%:

карбонат кальция СаСО3 79-84
карбонат магния MgCO3 1-3
органические примеси 3-4
глинистые включения 5-11
кварц 4-6

Измельчение горной породы осуществляют до получения гранул размером 0,3-2,5 мм.

Уменьшение карбонатной части породы меньше 79% CaCO3 и 1% для MgCO3 сказывается на активности фильтрующей загрузки из-за возрастания в сырье некарбонатной части (кварца, органических остатков и глинистых включений), а увеличение карбонатной части породы свыше 84% для CaCO3 и 3% MgCO3 не позволит получить загрузку с требуемыми характеристиками из-за недостаточного количества органических примесей и глинистых включений, обеспечивающих необходимую сорбционную емкость конечного продукта.

Содержание органических примесей в количестве 3-4% обеспечивает создание необходимого количества микротрещин в гранулах при нагреве породы и выгорании органики, которые являются центрами активации реакций осаждения железа и других загрязнителей, а также увеличивают поверхность гранул. За счет наличия органических включений в породе обеспечивается получение дополнительных внутренних и сквозных пор за счет их выгорания. При этом если содержание органических примесей будет меньше 3%, то увеличение поверхностной площади гранул при нагреве произойдет недостаточно, а увеличение включений свыше 4% снижает механические характеристики полученной фильтрующей загрузки. Наличие в известняке глинистых включений также увеличивает поверхностную площадь гранул. При этом если содержание глинистых включений будет меньше 5%, то увеличение поверхностной площади гранул при нагреве произойдет недостаточно, а увеличение глинистых включений свыше 11% снижает механические характеристики полученной фильтрующей загрузки. Наличие в известняке 4-6% кварца обеспечивает прочность фильтрующей загрузки, что сказывается на ее долговечности. При уменьшении его количества прочность гранул будет недостаточной, а увеличение количества кварца повлияет на активность фильтрующей загрузки. Высокоскоростной нагрев 30-35°С в минуту обеспечивает термические напряжения в материале, в результате чего появляются необходимые микротрещины. Экспериментальным путем подобрана скорость нагрева известняка, при этом при снижении скорости нагрева меньше 30°С в минуту не вызывает необходимое количество микротрещин, а больше 35°С в минуту вызывает излишнее разрушение материала. Время нагрева обусловлено предельной температурой. Если нагрев проводить меньше 20 мин, то не произойдет полного выгорания органики и спекания глины, а увеличение времени нагрева приведет к разложению известняка с получением извести. Размер фракций гранул от 0,3 до 2,5 мм подобран также экспериментальным путем, при этом при уменьшении размера частиц меньше 0,3 мм, при эксплуатации они легко уносятся потоком воды, а увеличение размера частиц больше 2,5 мм снижает поверхностную площадь гранул. Физико-механические характеристики загрузки: твердость, плотность и насыпная плотность, - подобраны экспериментально и соответствуют долгосрочному использованию фильтрующей загрузки. Отклонение от указанных параметров снижает качество загрузки при эксплуатации.

Способ получения гранулированной фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения осуществляется следующим образом.

Исходное сырье - известняк добывали в карьерах месторождения Угловское (Новгородской области). Известняк измельчали сначала в щековых дробилках до фракции 5 мм, а затем в дезинтеграторе до размеров частиц от 0,3 до 2,5 мм. Химический состав щебня составил:

CaCO3 - 82%, MgCO3 - 2%, органические примеси 5%, глинистые включения 6% и кварца 5%. Измельченный известняк нагревали в проходной барабанной печи в быстроскоростном режиме со скоростью нагрева 30-35°С. Далее полученный материал выгружали из печи и охлаждали его до температуры окружающей среды. Гранулы фильтрующего материала имели цвет от белого, до светло-коричневого цвета с мелкими темными вкраплениями, материал рассыпчатый, не слеживается. Физико-химические характеристики фильтрационной загрузки приведены ниже в таблице 1.

Готовый фильтрующий материал применяли для очистки воды из поверхностных источников водоснабжения в качестве загрузки фильтров второй ступени очистки питьевой воды, работающих по двухступенчатой схеме. Толщина фильтрующего слоя составляла от 1,5 до 2,5 м, в зависимости от конструкции фильтров. Скорость фильтрации - 6 м/ч, а форсированная - до 7,5 м/ч. Продолжительность фильтрации от 12 до 72 часов с последующей обратной фильтра промывкой от 12 до 15 л/сек через 1 м3. За счет выбора оптимального размера гранул фильтрующей загрузки и его физико-механических характеристик (твердости, истираемости и измельчаемости) во время эксплуатации происходит обновление поверхности гранул, которая активизирует сорбцию элементов из воды.

При проведении натурных испытаний на водозаборах рек Вишера и Ветлуга, а также Рыбинского водохранилища, было показано, что даже при дозах алюминия более 100 мг/л, содержание остаточного алюминия не превышало 0,16 мг/л. При дозах алюминия после первой ступени очистки, содержание остаточного алюминия не превышает 0,02-0,05 мг/л. Натурные испытания показали, что значение рН в очищенной воде не снижается ниже значений 7,4, а щелочность находится на уровне 1,3-1,5 мг-экв/см3.

В настоящее время на заявляемую фильтрующую загрузку разработаны технические условия, получено экспертное заключение ФГБУ «Научно-исследовательского института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» о проведении санитарно-эпидемиологической экспертизы фильтрующего материала согласно нормативным документам и Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям. (Таблица 2). Этим же институтом экспериментально подтверждено (таблица 3) возможность широкого диапазона извлекаемых химических элементов из водных вытяжек. Данные таблицы наглядно иллюстрируют и эффективность фильтрующего материала, и широкий диапазон извлекаемых из воды элементов.

В настоящее время способ получения гранулированной фильтрующей загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения и сама фильтрующая загрузка проходит промышленные испытания, готовится внедрение данной разработки в производство и активное использование для очистки поверхностной воды.

Физико-химические характеристики фильтрационной загрузки

Таблица 1
Диапазон диаметров гранул, составляющих не менее 95% от массы материала, в мм 0,3-2,5%
Коэффициент неоднородности K=d80/dl0% 1,2-2,0
Твердость по Моосу, балл 2,0-3,0
Плотность в г/см3 2,4-2,5
насыпная плотность, г/см3 1,25-1,35
Измельчаемость, в %, не более 4,0
Истираемость, в %, не более 0,5
Таблица 2.
Сравнительный анализ гранулированных фильтрующих материалов при равных условиях эксплуатации, для открытых источников водоснабжения
Характеристики, показатели Кварцевый песок (ТУ 5717-001-57402391-04) Гидроатранцит (ТУ 0321-001-188996991-99) Фильтрующая загрузка
1 Ресурсная емкость по железу на 1 дм3 загрузки, г 1 До 2 3
2 Ресурсная емкость по марганцу на 1 дм3 загрузки, г 0.3 0,5 1
3. Ресурсная емкость по алюминию на 1 дм3 загрузки, г Не удаляет До 0,2 0,8
4 Ресурсная емкость по металлам (Zn, Ni, Cr, Cd, Hg, Cu, As, Pb, Md, Br, Ba, Sr, Bi) на 1 дм3 загрузки, г До 0,5 (выборочно) До 0,8 (выборочно) 1
5 Органические соединения (в том числе гуматы и остатки фульвовых кислот, хлорорганика) Не удаляет До 2 5
6 рН воды, обработанной сорбентами Снижает до 6,4 после реагентов Снижает до 6,5 после реагентов Повышает до 7,5-8,0
Таблица 3
Содержание химических элементов в водных вытяжках после фильтрующего материала
Элемент Содержание (мкг/л) ПДК в воде по СанПиН мкг/л
Контроль (содержание в исходной воде) Фильтрующая загрузка
1 литий 4,6 0,07 30
2 натрий 17000 1400 200000
3 магний 14000 1700 50000
4 алюминий 25 6,9 200
5 кремний 3700 910 10000
6 марганец 44 3,3 100
7 кобальт 0,18 0,02 100
8 медь 12 2,2 1000
9 цинк 1500 <2 5000
10 бром 27 <4 200
11 рубидий 2 0,35 100
12 стронций 230 120 7000
13 свинец 4,4 0,4 30
14 молибден 0,56 0,39 250
15 серебро 9,2 0,03 50
16 кальций 67000 19000 -
17 барий 42 16 700
18 ниобий 0,02 0,01 0,10
19 калий 4000 520 -
20 цирконий 1,9 0,02 -

1. Способ получения фильтрующей гранулированной загрузки производственно-технологических фильтров для очистки воды открытых источников водоснабжения, включающий измельчение осадочной горной породы с последующим обжигом измельченного сырья, отличающийся тем, что обжиг осуществляют при высокоскоростном режиме в течение 20-25 минут со скоростью 30-35°C в минуту, при этом в качестве осадочной горной породы используют известняк следующего состава, в вес.%:

карбонат кальция (CaCO3) 79-84
карбонат магния (MgCO3) 1-3
органические примеси 3-4
глинистые включения 5-11
кварц 4-6

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение горной породы осуществляют до получения гранул размером 0,3-2,5 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам получения адсорбирующего элемента. Готовят исходную композицию из кристаллического адсорбента, выбранного из цеолита, силикагеля или их комбинации, смешивают с полимерным связующим, в качестве которого используются полимеры фторпроизводных этилена.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода. Способ заключается во взаимодействии основного карбоната циркония и оксида цинка.
Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Для очистки используют модифицированный природный цеолит.

Изобретение относится к области получения сорбционных материалов для очистки сточных и природных вод. Сорбент получают путем термообработки сапропеля с содержанием минеральной составляющей 54-85%.
Изобретение относится к получению сорбентов, которые могут быть использованы в процессах очистки вод, содержащих фтор и другие загрязнители. Сорбенты получают взаимодействием сернокислого железа и гидроксида кальция в водной среде, содержащей фибриллированные целлюлозные волокна.
Изобретение относится к получению сорбентов. Сорбент содержит сульфат кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм.

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложенный способ получения предусматривает нейтрализацию резорцина раствором гидроксида щелочного металла, введение формальдегида и карбоната кальция в реакционную смесь.
Изобретение относится к сорбентам для очистки воды от мышьяка. Сорбент для очистки водных сред от мышьяка содержит нанофазный оксигидроксид, выделенный из отходов станций обезжелезивания подземных вод, водорастворимый полимер и глицерин.
Изобретение относится к сорбентам, применяемым в области охраны окружающей среды для очистки водной поверхности от нефтепродуктов с использованием магнитного поля.

Группа изобретений относится к адсорбентам для удаления серы из крекинг-бензина или дизельного топлива. Адсорбент содержит от 10 до примерно 25 мас.% оксида алюминия, от 10 до 20 мас.% диоксида кремния, от 35 до 65 мас.% оксида металла, выбранного из групп IIB и VB, от 8 до 20 мас.% металлического катализатора, выбранного из группы VIIB и VIII, от 1 до 5 мас.% оксида металла, выбранного из группы IA.
Изобретение относится к получению сорбентов. Сорбент содержит сульфат кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм.
Изобретение относится к очистке газов от галогеносодержащих соединений. Предложен поглотитель хлористого водорода, содержащий 40,0-80,0% оксида цинка, 2,0-10,0 % оксида кальция и оксид алюминия.
Изобретение относится к сорбентам, применяемым в области охраны окружающей среды для очистки водной поверхности от нефтепродуктов с использованием магнитного поля.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды. Предложен способ определения содержания в газообразной среде труднолетучих органических соединений, таких как полиароматические углеводороды, карбоновые кислоты, спирты, сложные эфиры, н-алканы-С15-30.

Группа изобретений относится к технологии получения адсорбента диоксида углерода. Способ получения адсорбента диоксида углерода на основе гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов включает соединение гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов с волокнистым материалом, формование адсорбента в виде листа и сушку.
Изобретение относится к сорбционной очистке воды. Предложен способ получения композиционного сорбента на основе карбоната и гидроксида магния.
Изобретение относится к процессам горения, созданию способов, уменьшающих содержание ртути или серы в дымовых газах, выбрасываемых в атмосферу. Способ сжигания ртутьсодержащего топлива в печи топливосжигающей установки с пониженным количеством выброса ртути из указанной установки в окружающую среду, характеризуется добавлением композиции основного сорбента, содержащей бром или йод, к топливу перед вводом в печь, введением в указанную печь топлива с добавленной в него композицией основного сорбента, добавлением компонентов дополнительного сорбента, содержащих кальций, кремнезем и оксид алюминия в указанную печь при температуре, превышающей 1093°C, и сжиганием указанного топлива в печи с образованием газообразных продуктов сгорания, золы и тепловой энергии.
Изобретение относится к очистке сточных вод от промышленных красителей и может быть использовано для очистки сточных вод предприятий текстильной, легкой промышленности, предприятий бытовой химии, кожевенных заводов.
Изобретение относится к адсорбенту для очистки газов от хлора и хлористого водорода. Адсорбент содержит в мас.%: оксид цинка - 26,0-75,0; оксид магния - 1,5-6,0; оксид алюминия - 21-70. Способ получения адсорбента включает смешение исходных компонентов в среде аммиачно-карбонатного раствора, выпаривание, сушку и прокаливание в неизотермическом режиме с подъёмом температуры до 400-600оС и выдержкой при конечной температуре 2-4 часа. Технический результат заключается в получении адсорбента с повышенной хлороемкостью и прочностью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.
Наверх