Способ очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов

(51) 02 5/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ питьевой воды осуществляется за счет того, что применяется одноступенчатая схема очистки подземных вод, где 1/3 объема воды подвергается умягчению- катионитовым методом и отдельно 2/3 объема воды фильтруется через фильтры с цеолитовой загрузкой и смешивается весь объем воды в резервуаре чистой воды. Способ очистки подземных вод предусматривает следующие процессы очистки и обработки воды удаление солей жесткости- катионитовым фильтре, а также ионов тяжелых металлов в фильтрах с цеолитовой загрузкой,обеззараживание с использованием установок типа СТЭЛ 10 Н-120-01(модификация Аквахлор). Таким образом, предлагаемый способ позволяет удешевить и упростить процесс и повысить степень очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов и солей жесткости.(72) Мырзахметов Менлибай Тогабаев Есенгельди Тогабайулы Утепбергенова Лаура Мухтаровна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к водоснабжению, в частности к способам очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов и солей жесткости. Повышение степени умягчения и очистка подземных вод от ионов тяжелых металлов, а также создание высококачественного способа очистки 21460 Изобретение относится к водоснабжению, в частности к способам очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов и солей жесткости. Для подземных вод характерно значительное содержание минеральных солей и небольшое, по сравнению с поверхностными водами, содержание органических веществ. Известно, что подземные водоисточники в значительной мере загрязнены ионами металлов,имеющих природное и техногенное происхождение. Например, подземные воды питьевого назначения в большинстве случаев имеют повышенное содержание ионов марганца,содержит широкий спектр металлов, например медь,никель, цинк, в основном техногенного характера. Известен способ очистки подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, Патент РФ 2 182 890. Опубликован 27.05.2002 г. МКИ 02 9/06,/42,/469//(02 9/06, 10110), 10302 от железа, марганца и солей жесткости. Способ глубокой очистки подземных вод включает последовательные стадии механической фильтрации, - катионирования с регенерацией катионита 5-7-ным раствором хлористого натрия и электродиализного обессоливания, причем перед стадией механической фильтрации воду подвергают аэрации, а механическую фильтрацию осуществляют в напорном фильтре, заполненном инертным материалом. В качестве инертного материала используют кварцевый песок,кварциты,альбитофир, гранодиорит, горелые породы и др. Недостатком указанного способа является то, что он рассчитан только на удаление железа и не применим для комплексной очистки сложных природных растворов от всех загрязняющих компонентов различной химической природы. Кроме того, использование инертных материалов как кварцевый песок, кварциты и т.д. не достаточно обеспечивает очистку воды от ионов тяжелых металлов и их высокая стоимость. Известен реагентный способ очистки природных подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, Патент РФ 2 238 916. Опубликован 27.10.2004 г. МКИ 02 9/12//02 10306 особенно с повышенным содержанием железа. Способ очистки природной подземной воды включает обработку окислителем, фильтрацию через инертную загрузку, промывку загрузки,дезинфекцию воды ультрафиолетовым излучением и подачу потребителю, причем фильтрацию проводят в режиме противотока через подвижный слой загрузки в фильтрующем устройстве,оборудованном эрлифтом, промывку загрузки осуществляют в верхней части устройства одновременно с фильтрацией воды, причем отношение времени работы фильтрующего устройства в режиме фильтрации к времени работы в режиме одновременной фильтрации и промывки составляют промывные воды,содержащие взвешенные частицы, направляют на разделение,после чего жидкую фазу возвращают на очистку, а твердую фазу выводят из процесса. В качестве инертной загрузки используют кварцевый песок фракции 0,3-2,0 мм и обеспечивают линейную 2 скорость его движения в слое равной 2-10 мм/мин. Разделение промывных вод на твердую и жидкую фазы осуществляют фильтрацией, сепарацией или отстаиванием, а выведенную из процесса твердую фазу направляют в производство пигментов. Способ обеспечивает безотходность и непрерывность процесса очистки. Недостатком известного способа является неполнота очистки воды от ионов тяжелых металлов и солей жесткости,а также сложность технологической схемы. В основу изобретения поставлена задача повышения степени умягчения и очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов, а также создание высококачественного способа очистки питьевой воды. Технический результат,обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в способе очистки воды от ионов тяжелых металлов и солей жесткости применяется одноступенчатая схема очистки подземных вод, где 1/3 объема воды подвергается умягчению- катионитовым методом и отдельно 2/3 объема воды фильтруется через фильтры с цеолитовой загрузкой и смешивается весь объем воды в резервуаре чистой воды. Улучшается степень очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов и солей жесткости. Используемый в качестве сорбента - цеолит(клиноптилолит), по сравнению с традиционными зернистыми фильтрами обладает высокой пористостью, удельной поверхностью и позволяет повысить производительность фильтров на 20-30. К промышленным сорбентам, пригодным благодаря хорошо развитой системе пор для разделения смесей газов и паров, а также для очистки растворов и от ионов тяжелых металлов относятся кристаллические алюмосиликатыцеолиты. Казахстан обладает уникальными месторождениями природного цеолита Чанканайского месторождения - клиноптилолит. Известно, что природные цеолиты обладают правильной пространственной структурой со сравнительно большими расстояниями между узлами решетки. В силикатной решетке часть ионов 4 замещена ионами А 13, недостающий положительный заряд возмещается щелочным и щелочноземельным ионом, не связанным с определенным местом в решетке. Они играют роль противоионов и способны к обмену на другие катионы. Размер пор у цеолитов 3-7 А, вследствие чего они сравнительно легко удерживают ионы радиоактивных и тяжелых металлов. Преимуществами природных сорбентов являются доступность, дешевизна, устойчивость в широком интервале рН (от 1 до 14) и температур (-40 80)С, а также механическая прочность. Способ очистки подземных вод осуществляется следующим образом Способ очистки подземных вод предусматривает следующие процессы очистки и обработки воды удаление солей жесткостикатионитовым фильтре, а также ионов тяжелых металлов в фильтрах с цеолитовой загрузкой, 21460 обеззараживание с использованием установок типа СТЭЛ 10 Н-120-01 (модификация Аквахлор). Подземная вода (1/3 части объема воды) проходя через катионитовые напорные фильтры поступает в резервуары чистой воды, куда направляется остальная 2/3 части воды после цеолитовых фильтров смешиваясь в резервуаре чистой воды, вода одновременно обеззараживается, так как туда подается аналот от Аквахлора. Катионитовые фильтры должны постоянно подвергаться регенерации с 5 раствором , и промываться с обратным потоком воды, для чего требуются промывные насосы на больший расход промывной воды. Натрий-катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых нерастворимых в воде веществ (сульфоуголь), отрегенерированных поваренной солью,обменивать подвижно расположенный катионна Са 2 и 2. При этом вместо кальциевых и магниевых солей в обрабатываемой воде образуется эквивалентное количество легко растворимых натриевых солей. Карбонатная жесткость образует в фильтрате эквивалентное количество бикарбоната натрия щелочность умягчаемой воды, выраженная в миллиграммах - эквивалентах на литр, при натрий катионировании не изменяется, однако рН фильтрата будет больше, чем исходной воды, за счет замены Са 2 и 2 на- более сильнощелочной катион. Процесс обработки воды на катионитовых фильтрах слагается из следующих последовательных операции 1) фильтрования воды через слой катионита до момента достижения предельно допускаемой жесткости в фильтрате(скорость фильтрования в пределах 10-25 м/ч) 2) взрыхления слоя катионита восходящим потоком неумягченной воды, отработанного регенерата или отмывных вод (интенсивность потока 3-4 л/(см 2 3) регенерации катионита посредством фильтрования соответствующего раствора (скорость фильтрования 3-5 м/ч) 4) отмывки катионита неумягченной водой (скорость фильтрования 810 м/ч). 4) отмывки катионита неумягченной водой(скорость фильтрования 8-10 м/ч). На регенерацию обычно затрачивают около 2 ч, из них на взрыхление - 10-15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора - 15 - 30, на отмывку 30-60 мин. Катионитовые фильтры состоят из корпуса, дренажной системы для отвода из фильтров умягченной воды и подачи в него воды для взрыхления катионита, распределительной системы для подачи в фильтр регенерационного раствора и сборной системы для отвода из фильтра воды при взрыхлении катионита и распределения по площади фильтра умягчаемой воды. Напорные вертикальные катионитовые фильтры выпускаются серийно шести типоразмеров различных диаметров и с различной высотой загрузки катионитов, рассчитанные на рабочее давление 0,6 МПа и рабочую температуру до 60 С. Каждый катионитовый фильтр оборудуется необходимым количеством задвижек и вентилей для управления работой фильтра, отбора проб воды. В качестве загрузки напорных фильтров широко применяются сульфоуголь и катионит КУ-2. Наиболее дешевым катионитом является сульфоуголь (сорт СК-1 крупный). Насыпная масса продукта - 0,70 т/м 3 размер зерен - 0,5-1,2 мм полная обменная емкость - 500 г-экв/м 3. Таким образом, предлагаемый способ позволяет удешевить и упростить процесс и повысить степень очистки подземных вод от ионов тяжелых металлов и солей жесткости. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки подземных вод, включающий фильтрацию через инертную загрузку, промывку загрузки, дезинфекцию воды и подачу потребителю,отличающийся тем, что в качестве инертной загрузки используют цеолит. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что умягчению подвергают 1/3 часть объема очищаемой воды, а остальную часть фильтруют через цеолитовые загрузки и смешивают весь объем воды в резервуаре.