Способ очистки подземных вод



Способ очистки подземных вод
Способ очистки подземных вод

Владельцы патента RU 2658419:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИПРЭК СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ЗабГУ") (RU)

Изобретение может быть использовано при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых для очистки подземных вод, загрязненных в результате техногенного воздействия. Для осуществления способа проводят очистку вод от механических примесей в фильтре (1), разделение очищенной в обезжелезивающем фильтре (3) воды на два потока с соотношением объемов 0,85:0,15. Меньший по объему поток сначала проходит электрохимическую (4), а затем фотохимическую обработку (5) с образованием в нем гидроксил-ионов, ионов гидроксония, пероксида водорода. Затем объединяют этот поток с входной водой для окисления этими соединениями двухвалентного железа и формирования гидроксида трехвалентного железа, который осаждается в фильтрующем материале (2), содержащем поликремниевые кислоты. Свежеобразованный гидроксид железа, осажденный фильтрующим материалом (2) в фильтре (3), сорбирует ионы марганца, тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы. Способ обеспечивает повышение степени очитки от загрязняющих компонентов и увеличивает содержание растворенного кислорода в обработанной воде для её употребления в качестве питьевой. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области очистки воды для ее потребления в качестве питьевой и может быть использовано, в частности, для очистки и повышения качества подземных вод, загрязненных в результате техногенного воздействия при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ глубокой очистки подземных вод, включающий ее дегазацию, двухстадийную фильтрацию и постадийную промывку фильтров. При этом в качестве фильтрующей загрузки на первой стадии используют инертный материал (кварцевый песок, кварциты, альбитофир, гранодиорит, горелые породы), а на второй - фильтрующую загрузку выполняют двухслойной, соответственно, из сорбента (активированный уголь) и ионообменного материала (клиноптилолит). После очистки воду облучают светом в ультрафиолетовой области спектра (см. патент RU 2087427, МПК6 С02F 9/00, опубл. 20.08.1997).

Недостатком данного способа является то, что при такой очистке не достаточно полно удаляются из воды растворенное железо и мышьяк.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ фотохимической обработки воды с образованием в ней гидроксил-ионов, ионов гидроксония и пероксида водорода (см. патент RU 2095316, МПК6 С02F 1/00, Е21B 43/28, опубл. 10.11.1997).

Недостатком данного способа является то, что с его помощью не удается получить воду со стабильными параметрами очистки воды от железа и мышьяка, поскольку смола постепенно насыщается нерастворимой гидроокисью железа и неполноценно регенерируется.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении эффективности очистки воды от железа и мышьяка за счет использования электрохимических и фотохимических процессов образования высокоактивных окислителей в отдельных порциях, смешиваемых с ее основным объемом перед фильтрацией.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, состоит в повышении степени очистки воды от железа и мышьяка.

Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки подземных вод от железа и мышьяка, включающий фотохимическую обработку воды с образованием в ней гидроксил-ионов, ионов гидроксония и пероксида водорода, отличается тем, что формирование в воде гидроксил-ионов, ионов гидроксония и пероксида водорода осуществляют путем фильтрования потока подземной воды через фильтр с наполнителем, в качестве которого используют мелкодробленый кремень и/или цеолит, обработанные перед помещением в фильтр в фотохимическом реакторе, или ионообменную смолу, насыщенную кремнекислотой, затем, после фильтрации, разделения воды на два потока с соотношением объемов 0,85:0,15, электрохимической обработки напряжением 28В и силой тока 0,3А меньшего по объему потока воды, для разделения ее на водород и кислород, фотохимической обработки указанного потока воды, возвращения этого потока в начало процесса очистки и объединения его с входным потоком подземной воды перед фильтрованием.

Способ включает очистку воды от растворенных загрязнителей с использованием активных гидратированных окислителей, сформированных в ней путем обработки предварительно очищенной от растворенного железа воды, разделяемой на два потока: меньший по объему из которых проходит сначала электрохимическую, а затем фотохимическую обработку с образованием в нем соответственно, сначала двухатомарного кислорода и водорода, метастабильной перекиси водорода, а затем гидроксил-ионов, ионов гидроксония и перекиси водорода, после чего этот поток возвращают в начало процесса очистки, т.е. объединяют с входной водой, чем обеспечивают окисление этими соединениями двухвалентного железа и марганца, содержащихся в основном объеме воды, в порах и на поверхности искусственного каталитического материала и последующее формирование из образующегося трехвалентного железа его гидроокиси, на поверхности основного наполнителя. Этот процесс коагуляции полученной при окислении гидроокиси железа, обеспечивает мелкодробленый кремень, и/или цеолит, обработанные перед помещением в фильтр в фотохимическом реакторе, или ионообменная смола, насыщенная кремнекислотой. Поликремниевые кислоты, сформированные предварительной обработкой перечисленных наполнителей, обеспечивают катализ процесса коагуляции гидроксида железа. Цеолит, для повышения содержания на внутренней поверхности его микропор кремниевых кислот, обрабатывают слабощелочным раствором силиката натрия или силикагеля. При подготовке цеолита к обработке вод с аномально высоким содержанием железа и/или марганца используют раствор перманганата калия в слабощелочной аммонийной среде, для формирования на внутренних и внешних поверхностях пленок цеолита высокоактивного окислителя - диоксида марганца. Свежеобразованную гидроокись железа, осажденную фильтрующим материалом, используют как сорбент для ионов марганца, тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы. После накопления загрязняющих воду компонентов, фильтр регенерируют обратной промывкой.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы очистки воды, где: 1 - патронные фильтры, 2 - наполнитель, 3 - обезжелезивающий фильтр, 4 - электрохимический реактор, 5 - фотохимический реактор, 6 - накопитель.

Способ водоподготовки осуществляется следующим образом. Полученную из любых источников водоснабжения, например скважин, колодцев, водопроводной сети, воду подвергают очистке от механических примесей.

Это может быть осуществлено путем отстаивания воды в течение определенного промежутка времени в накопительных емкостях или ее фильтрации через слой мелкодробленого инертного материала (гравия, песка и т.п.) или мелкопористые патронные фильтры 1. После очистки от механических примесей, воду очищают от растворенного железа и мышьяка с доведением их содержаний как минимум до установленных нормативов ПДК (предельно допустимых концентраций).

Доведение содержания растворенного в воде железа до предельно допустимых концентраций, осуществляют его окислением с последующей коагуляцией, а двухвалентного марганца дополнительно и сорбцией свежеобразованной гидроокисью железа в фильтрационной колонне (наполнитель 2). Окисление этих элементов можно осуществлять растворенным в воде кислородом, причем скорость и полноту окисления повышают использованием активных форм кислорода (АФК) - перекиси водорода и др., а также фильтрационного гранулированного материала, обладающего каталитическими свойствами (включая искусственный гранулированный материал, ускоряющий процесс окисления железа, и обработанный природный и/или искусственный материал, катализирующий коагуляцию образующейся гидроокиси трехвалентного железа). Активные формы кислорода продуцируют в части очищенной от железа воды сначала посредством электрохимической обработки в электрохимическом реакторе 4, а затем фотохимической обработки при помощи облучения погружной УФ-лампой, установленной внутри корпуса фотохимического реактора 5, после чего объединяют этот поток с активными окислителями железа с входной водой, обеспечивая окисление этими соединениями двухвалентного железа.

Окисление железа активными формами кислорода ускоряют искусственным каталитическим материалом (обезжелезивающий фильтр 3), например Birm, входящим в определенной пропорции в состав фильтрующего материала (помещенного в фильтрационную колонну или наполнитель 2) и/или опосредованно путем катализа кластеризации молекул гидроксида железа и ионов двухвалентного железа при ее взаимодействии с гидратированными поликремниевыми кислотами на начальной стадии коагуляции. При этом из двухвалентного железа формируется трехвалентное железо. Трехвалентное железо при гидратации образуют гидроокиси. Гидроокись железа коагулирует и осаждается в фильтрующем материале фильтра, в основном катализирующим процесс коагуляции гидроокиси железа. Свежеобразованная гидроокись железа задерживается фильтрующим материалом. Далее она работает как сорбент для ионов марганца, тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы. После исчерпания емкости наполнителя, т.е. предельного накопления в нем загрязняющих воду компонентов, фильтр регенерируют обратной промывкой для подготовки к следующему циклу очистки. При этом вода подается в фильтрационную колонну снизу вверх и вымываемая взвесь удаляется через слив 7 (слив после обратной промывки).

При включении фильтра после перерыва в его работе, на вход, для смешивания с исходной очищаемой водой, подается зарезервированная в накопителе 6 (емкость с обезжелезенной водой) порция очищенной воды, в которой в ходе электрохимической и фотохимической обработки образуются указанные выше окислители.

Пример конкретного выполнения способа

Скважинная вода проходила очистку от механических взвесей на патронном фильтре с диаметром пор 10 мкм. После этого, для очистки от железа, содержанием 10 мг/л, в том числе двухвалентного 7.5 мг/л и мышьяка 0.35 мг/л, вода очищалась в специальной установке, состоящей из фильтрующей колонны, электрохимического реактора и фотохимического реактора. Фильтрующая колонна наполнена мелкодробленой (-2.5 мм) крошкой кремня, обработанной в щелочной среде в фотохимическом реакторе для образования на ее поверхности поликремниевых кислот и каталитического материала Вита (30% от общего объема наполнителя). Вода, после выхода из фильтра, разделялась на два потока 0.85 м3/час и 0.15 м3/час, меньший по объему из которых проходил сначала обработку в электрохимическом, а затем в фотохимическом реакторах. При обработке в электрохимическом реакторе, при напряжении 28 В и силе тока 0.3 А, вода в приэлектродных зонах разделяется на водород и кислород, которые затем отделяются в виде пузырьков. После фотохимической обработки, в газовых пузырьках кислорода образуются озон, атомарный кислород, в смешанных газовых пузырьках (водорода и кислорода) - ряд радикалов и ион-радикалов. При диффузии в воду этих соединений, в ней формируются гидроксил-ионы, ионы гидроксония и перекись водорода. После обработки, этот поток воды возвращали в начало процесса очистки. Поток обработанной воды, содержащий после обработки вышеупомянутые соединения, объединяли с входной водой, чем обеспечивали окисление этими соединениями двухвалентного железа, которое особенно интенсивно протекает на поверхности гранул каталитического материала фильтра. Из образующегося при окислении трехвалентного железа формируется его гидроокись, сначала в форме кластеров, затем скоагулированных комплексов. Последние процессы происходят преимущественно на поверхности гранул кремня, содержащего поликремниевые кислоты. После накопления загрязняющих воду компонентов, фильтр регенерировали обратной промывкой. После очистки содержание железа снизилось до 0.05 мг/л, мышьяка - менее 0.01 мг/л.

Способ очистки подземных вод от железа и мышьяка, включающий фотохимическую обработку воды с образованием в ней гидроксил-ионов, ионов гидроксония и пероксида водорода, отличающийся тем, что формирование в воде гидроксил-ионов, ионов гидроксония и пероксида водорода осуществляют путем фильтрования потока подземной воды через фильтр с наполнителем, в качестве которого используют мелкодробленый кремень и/или цеолит, обработанные перед помещением в фильтр в фотохимическом реакторе, или ионообменную смолу, насыщенную кремнекислотой, затем, после фильтрации, разделения воды на два потока с соотношением объемов 0,85:0,15, электрохимической обработки напряжением 28 В и силой тока 0,3 А меньшего по объему потока воды для разделения ее на водород и кислород, фотохимической обработки указанного потока воды, возвращения этого потока в начало процесса очистки и объединения его с входным потоком подземной воды перед фильтрованием.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области очистки воды из различных источников до уровня питьевой СанПиН 2.1.4.1074-01. Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная УМКВА-1, смонтированная внутри утепленного обогреваемого обитаемого кузова-фургона, установленного на автошасси высокой проходимости, состоит из модулей водоподготовки, водоочистки и модуля автоматического управления и контроля.

Изобретение относится к области очистных сооружений, а именно к станциям очистки производственно-дождевых сточных вод для переработки дождевых, талых, сточных вод и вод производственного характера.

Изобретение может быть использовано в водоочистке. Станция очистки сточных вод включает три функциональных блока: предварительной очистки, коагуляции-флотации, доочистки и обеззараживания.

Изобретение относится к обработке воды и может быть использовано в области питьевого водоснабжения для глубокой очистки питьевой водопроводной воды. Водоочистительная установка содержит программируемый блок управления 27, фильтры грубой 1 и тонкой 2 механической очистки, первый 3 и второй 4 обратноосмотические мембранные фильтры, насос 5 для перекачивания воды, входной 9 и выходной 33 электромагнитные клапаны, электронный датчик давления 8; вмонтированные в трубопровод по потоку счетчики расхода воды 10,11, 12 с первого по третий, первый 13 и второй 14 узлы контроля концентрации примесей в воде, первый 15 и второй 16 датчики "сухого хода", реле давления 17 очищенной воды, обратный клапан 18, запорные краны 19, 20, 21, 22 с первого по четвертый, манометры 23, 24, 25, 26 с первого по четвертый, камеру ультрафиолетового облучения 7.

Изобретение относится к водоподготовке. Способ фотохимической очистки воды включает процесс усиленного окисления загрязнений с использованием озона и ультрафиолетового излучения - фотолитического озонирования в гетерогенной системе вода - озонокислородная смесь.

Изобретение относится к комбинированной обработке и обеззараживанию воды и может быть использовано для очистки сильнозагрязненных сточных, фекальных и бытовых, природных вод из открытых и подземных источников.

Изобретение может быть использовано для очистки подземных водосборников и промышленных сбросов от взвешенных тонкослойных частиц, нефтепродуктов, металлов. Комплекс включает корпус с емкостью (1), транспортно-обезвоживающее устройство (5), модульные устройства для очистки воды трех типов (2, 3, 4), устройства подачи (19) и сброса воды (10).

Изобретение может быть использовано в системах централизованного водоснабжения для получения питьевой воды путем очистки природных поверхностных и подземных вод до питьевых стандартов.
Изобретение относится к устройствам для комплексной очистки жидкостей от механических нерастворимых примесей, преимущественно песка, нефтепродуктов, тяжелых металлов и болезнетворных микробов в непрерывном цикле с большой производительностью, и может быть использовано при очистке скважинных вод, смесей нефть-вода, сточных вод, жидких промышленных и канализационных стоков до параметров чистой питьевой воды.

Изобретение может быть использовано для восстановления и поддержания экологического баланса в открытых водоемах. Способ включает комплексную технологию восстановления экологической системы водоема, включающую предварительную оценку экологического состояния водоема, по результатам которой на объем воды воздействуют модулированным электрическим потенциалом излучателя, который модулируют сигналом с частотой 30-150 Гц, содержащим спектр воздействия на экологическую систему водоема амплитудой 0,5-1,7 V и продолжительностью не менее 120 минут.

Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам. Лабораторная установка обратного осмоса и химического обессоливания включает стол с горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями, на которых размещены питательный насос 1 с водонапорной магистралью, накопительный бак 5, механический фильтр 2, соединительные патрубки, задвижки отбора пробы и запорную арматуру.

Изобретение относится к области очистки воды из различных источников до уровня питьевой СанПиН 2.1.4.1074-01. Установка комплексной водоочистки универсальная мобильная автоматизированная УМКВА-1, смонтированная внутри утепленного обогреваемого обитаемого кузова-фургона, установленного на автошасси высокой проходимости, состоит из модулей водоподготовки, водоочистки и модуля автоматического управления и контроля.

Изобретение относится к системам очистки сточных вод и может быть использовано для очистки от СПАВ, органических загрязнений, взвешенных веществ и соединений азота.

Изобретения могут быть использованы для получения воды питьевого качества и для использования в технологических процессах в результате опреснения или частичного обессоливания солоноватых и пресных вод, преимущественно для артезианских вод с повышенной жесткостью.

Изобретение может быть использовано для очистки городских стоков и стоков предприятий пищевой промышленности, а также животноводческих и птицеводческих комплексов с последующим их сбросом в водоем.

Изобретение относится к технике очистки дренажных и сбросных вод от загрязнений и может быть использовано в орошаемом земледелии при создании гидромелиоративных систем с замкнутым циклом водооборота.

Изобретение относится к системе очистки сточных вод, содержащих органические, преимущественно белковые, загрязнения, и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод молочных производств.

Изобретение относится к многофункциональным системам, оборудованию и соответствующим способам переработки фекальных масс и пищевых отходов. Многофункциональная система переработки отходов для выработки электроэнергии и питьевой воды содержит первую ступень узла сушки топлива, включающую в себя первую емкость под давлением, предназначенную для вмещения ила, содержащего воду и твердые вещества, вторую емкость под давлением, примыкающую к первой емкости под давлением и предназначенную для вмещения изолированного от ила высокотемпературного отработавшего пара, который нагревает и частично сушит ил и генерирует первичную иловую воду в паровой фазе и уплотненный ил, вторую ступень узла сушки топлива, включающую в себя третью емкость под давлением, предназначенную для приема уплотненного ила, и четвертую емкость под давлением, примыкающую к третьей внутренней сушильной емкости и предназначенную для приема и вмещения первичной иловой воды в паровой фазе таким образом, что первичная иловая вода в паровой фазе оказывается отделенной от уплотненного ила и нагревает и сушит уплотненный ил, чтобы получить вторичную иловую воду в паровой фазе и высушенный твердый топливный материал, причем по меньшей мере часть первичной иловой воды конденсируется в жидкую фазу, систему водоподготовки, которая получает первичную и вторичную иловую воду либо в паровой, либо в жидкой фазе, или в обеих фазах, причем система водоподготовки имеет конденсатор, очистительное устройство и фильтр, при этом первичная или вторичная иловая вода в паровой фазе конденсируется и первичная или вторичная иловая вода в жидкой фазе очищается и фильтруется для получения питьевой воды, узел топочной камеры, предназначенный для сжигания высушенного твердого топлива, поступающего из второй ступени узла сушки топлива, для выработки пара в котле, и узел генератора с паровым приводом, приводимый в действие поступающим из котла паром и предназначенный для выработки электроэнергии, причем узел генератора с паровым приводом создает высокотемпературный отработавший пар.

Изобретение относится к технике очистки и обеззараживания воды из природных сильно загрязненных источников. Установка очистки и обеззараживания воды содержит фильтр предварительной очистки воды, подключенный входом к источнику исходной воды и выходом к контактной емкости, к которой подключен источник озона, а выходом обработанной озоном воды контактная емкость сообщена с ультрафильтрационным модулем с установленной в нем ультрафильтрационной мембраной, а выходом очищенной воды ультрафильтрационный модуль сообщен с модулем обратного осмоса, при этом контактная емкость снабжена насосом подачи обработанной озоном воды и эжектором, сопло которого подключено к выходу насоса подачи обработанной озоном воды, эжектор подключен к контактной емкости в зоне, ниже заданного уровня воды в контактной емкости, при этом контактная емкость подключена к источнику озона через эжектор, который сообщен с источником озона входом в его камеру смешения, ультрафильтрационный модуль подключен входом к выходу насоса подачи обработанной озоном воды из контактной емкости посредством трубопровода подачи обработанной озоном воды, причем на последнем последовательно по ходу обработанной озоном воды установлены обратный клапан и регулировочный клапан подачи обработанной озоном воды, полость ультрафильтрационного модуля перед ультрафильтрационной мембраной через сбросной кран сообщена с канализацией, а полость после ультрафильтрационной мембраны подключена через второй обратный клапан и регулятор соотношения обессоленной и необессоленной воды к накопительной емкости и через угольный фильтр и перепускной кран к входу насоса подачи очищенной воды, последний выходом подключен к модулю обратного осмоса, который выходом пермеата подключен к накопительной емкости и выходом воды, составляющей от 38 до 42% (объемн.) от поступившей на обратный осмос воды и не прошедшей через мембрану обратного осмоса с концентрированными в ней примесями, сообщен через сбросной кран с канализацией, через третий обратный клапан - с входом в модуль обратного осмоса и через запорный кран - с емкостью реагентов для промывки мембраны обратного осмоса, которая посредством насоса для промывки подключена к входу в модуль обратного осмоса, а ультрафильтрационный модуль выходом очищенной воды подключен к промежуточной накопительной емкости с промывным насосом.
Изобретение относится к очистке производственно-дождевых сточных вод. Установка очистки сточных вод содержит накопительную емкость 1 с вводом сточных вод и средством аэрации потока сточных вод, соединенную с блоком 2 разделения стоков, и перекачивающие насосы 3, 4, 5.

Изобретение относится к очистке сточных вод. Флотокомбайн для очистки сточных вод включает корпус 1, на внешней стороне которого расположены патрубки для подачи исходной воды 3, отвода очищенной воды 7 и вывода флотошлама 14, блок сгущения флотошлама в виде эжектора 11 и узла совместного обезвоживания осадка и флотошлама с использованием мешка 16 из синтетической ткани.

Изобретение может быть использовано при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых для очистки подземных вод, загрязненных в результате техногенного воздействия. Для осуществления способа проводят очистку вод от механических примесей в фильтре, разделение очищенной в обезжелезивающем фильтре воды на два потока с соотношением объемов 0,85:0,15. Меньший по объему поток сначала проходит электрохимическую, а затем фотохимическую обработку с образованием в нем гидроксил-ионов, ионов гидроксония, пероксида водорода. Затем объединяют этот поток с входной водой для окисления этими соединениями двухвалентного железа и формирования гидроксида трехвалентного железа, который осаждается в фильтрующем материале, содержащем поликремниевые кислоты. Свежеобразованный гидроксид железа, осажденный фильтрующим материалом в фильтре, сорбирует ионы марганца, тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы. Способ обеспечивает повышение степени очитки от загрязняющих компонентов и увеличивает содержание растворенного кислорода в обработанной воде для её употребления в качестве питьевой. 1 ил., 1 пр.

Наверх