RU2161594C2 - Method of removing stable forms of iron - Google Patents
Method of removing stable forms of iron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2161594C2 RU2161594C2 RU99102891A RU99102891A RU2161594C2 RU 2161594 C2 RU2161594 C2 RU 2161594C2 RU 99102891 A RU99102891 A RU 99102891A RU 99102891 A RU99102891 A RU 99102891A RU 2161594 C2 RU2161594 C2 RU 2161594C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- water
- bioreactor
- compounds
- microorganisms
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области водоснабжения, в частности к очистке природных вод, содержащих растворенные железоорганические соединения, и может применяться в системах водоподготовки для целей водоснабжения. The invention relates to the field of water supply, in particular to the purification of natural waters containing dissolved organometallic compounds, and can be used in water treatment systems for water supply.
Известен способ очистки воды от железа, осуществляемый с помощью медленного фильтра (патент СССР N 1771470, МКИ5 С 02 F 1/64, В 01 D 24/46, 1992), заключающийся в аэрировании исходной воды, отстаивании в корпусе фильтра и фильтровании через блоки с зернистой загрузкой, на поверхности которой образуется биопленка с железоокисляющими микроорганизмами, обеспечивающими деструкцию растворенных железоорганических соединений.A known method of water purification from iron, carried out using a slow filter (USSR patent N 1771470, MKI 5 C 02 F 1/64, 01 D 24/46, 1992), which consists in aeration of the source water, settling in the filter housing and filtering through blocks with a granular load, on the surface of which a biofilm is formed with iron-oxidizing microorganisms, which ensure the destruction of dissolved organometallic compounds.
Недостатками известного способа являются низкая эффективность использования фильтра, обусловленная следующим:
- малыми скоростями фильтрования (до 0,1 - 0,2 м/час), что определяет большие габаритные размеры установки при производительности системы водоподготовки более 1-2 тыс.м3/ сут;
- возможностью использования только для очистки подземных вод при содержании железа (II) в них до 10 мг/л, в том числе при наличии железоорганических соединений до 2 мг/л.The disadvantages of this method are the low efficiency of the filter, due to the following:
- low filtration rates (up to 0.1 - 0.2 m / h), which determines the large overall dimensions of the installation with a water treatment system capacity of more than 1-2 thousand m 3 / day;
- the possibility of use only for groundwater purification with an iron (II) content of up to 10 mg / l in them, including in the presence of organo-iron compounds up to 2 mg / l.
Известен способ очистки воды от железа, заключающийся в предварительном аэрировании воды и фильтровании ее через зернистую загрузку биологического фильтра, в котором развиваются железобактерии (A. Dequin, D. Siben, Deferrisation bioloqique appliquee a la preparation de leau potable. Lean. Lindustrie, les nuisances, 1988, N 117, s. 29-30). A known method of purifying water from iron, which consists in preliminary aerating the water and filtering it through a granular load of a biological filter in which iron bacteria develop (A. Dequin, D. Siben, Deferrisation bioloqique appliquee a la preparation de leau potable. Lean. Lindustrie, les nuisances 1988, N 117, s. 29-30).
Недостатком известного способа является низкая эффективность очистки подземных вод, обусловленная следующим:
- возможностью нерегулируемого выноса биомассы до момента "биологического созревания" биофильтра;
- возможностью "проскока" растворенных железоорганических соединений после регенерации зернистой загрузки;
- возможностью вторичного загрязнения воды при попадании органики в систему водораспределения - в водоразводящую сеть и развитие в ней железобактерий, обусловливающее и биокоррозию;
- возможностью образования токсичных хлорорганических соединений при использовании хлора как дезинфицирующего средства;
Кроме того, при высокой концентрации железа в исходной воде технология очистки значительно усложняется, поскольку требуется применение дополнительных мероприятий для сокращения периода "биологического созревания" загрузки, например, обработка ее в питательной среде после каждого фильтроцикла.The disadvantage of this method is the low efficiency of groundwater treatment, due to the following:
- the possibility of unregulated removal of biomass until the "biological maturation" of the biofilter;
- the possibility of "slip" of dissolved organometallic compounds after the regeneration of the granular load;
- the possibility of secondary pollution of water when organics get into the water distribution system - into the water distribution network and the development of iron bacteria in it, which also causes biocorrosion;
- the possibility of the formation of toxic organochlorine compounds when using chlorine as a disinfectant;
In addition, with a high concentration of iron in the source water, the cleaning technology is much more complicated, since additional measures are required to reduce the period of “biological maturation” of the load, for example, processing it in a nutrient medium after each filter cycle.
Известен способ биологического обезжелезивания подземных вод, заключающийся в аэрировании и двухступенчатом фильтровании очищаемой воды через биофильтр со щебеночной загрузкой, на которой по мере фильтрования развиваются железобактерии и осветлительный фильтр с песчаной загрузкой. Причем фильтры выполняют самопромывающимися и в качестве загрузки биофильтра используют гранитный щебень с крупностью фракций 10...30 мм с высотой слоя 1500...2000 мм, а для загрузки осветлительного фильтра - кварцевый песок крупностью 0,7. . . 1,5 мм с высотой слоя 800...1000 мм (Разработка и исследование новых самопромывающихся фильтров для обезжелезивания подземных вод: Отчет о НИР (заключит. )/ Украинский институт водн. хоз-ва "УНИИВХ"; Руководитель Н.А. Сафонов. 33-4; N ГР 01827023535; Инв. N 0285. 0068458. -Ровно, 1985, стр. 37-46). A known method of biological deferrization of groundwater, which consists in aeration and two-stage filtration of the treated water through a biofilter with gravel loading, on which iron bacteria and a clarification filter with a sand loading develop as filtering. Moreover, the filters are self-washed and granite crushed stone with a grain size of 10 ... 30 mm with a layer height of 1500 ... 2000 mm is used as a biofilter loading, and quartz sand with a grain size of 0.7 is used to load the clarification filter. . . 1.5 mm with a layer height of 800 ... 1000 mm (Development and research of new self-washing filters for deferrization of groundwater: Research report (final report) / Ukrainian Institute of Aquatic Economy "UNIIVH"; Head N. Safonov 33-4; N GR 01827023535; Inv. N 0285. 0068458.-Exactly, 1985, pp. 37-46).
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность очистки при высокой концентрации железоорганических соединений в исходной воде и при pH < 6,8, а также при "проскоке" растворенной органики после регенерации фильтрующей загрузки биофильтра и осветлительного фильтра до момента их "биологического созревания", что ведет к попаданию органических соединений в разводящую сеть и развитие в ней железобактерий, к вторичному загрязнению воды, а при хлорировании - к образованию токсичных хлорорганических соединений. A disadvantage of the known technical solution is the low cleaning efficiency at a high concentration of organometallic compounds in the source water and at pH <6.8, as well as with a "breakthrough" of dissolved organics after regeneration of the filter load of the biofilter and clarification filter until they "biological ripen", which leads to to the ingress of organic compounds into the distribution network and the development of iron bacteria in it, to secondary pollution of water, and during chlorination, to the formation of toxic organochlorine compounds.
Известен способ удаления высококонцентрированных устойчивых форм железа из подземных вод аэрированием, известкованием, отстаиванием в тонкослойном отстойнике и фильтрованием (Г. И. Николадзе. Улучшение качества подземных вод. -М. : Стройиздат, 1987, стр. 96, рис. 2.14д). Удаление железа достигается после полного окисления железа (II) и деструкции комплексных железоорганических соединений при pH не менее 7,1. Процесс выделения соединений железа в тонкослойном отстойнике носит циклический характер и при этом эффект обезжелезивания зависит, главным образом, от скорости потока в тонкослойных модулях, исходной концентрации железа и дозы щелочного реагента. Для агломерации хлопьев гидроксида железа, сидиментирующихся в отстойнике, емкость камеры хлопьеобразования вихревого типа, совмещаемой с отстойником, должна быть такой, чтобы обеспечивалась продолжительность пребывания обрабатываемой воды не менее 15 мин. A known method of removing highly concentrated stable forms of iron from groundwater by aeration, liming, settling in a thin-layer sump and filtering (G.I. Nikoladze. Improving the quality of groundwater. -M.: Stroyizdat, 1987, p. 96, Fig. 2.14d). Removal of iron is achieved after the complete oxidation of iron (II) and the destruction of complex organometallic compounds at a pH of at least 7.1. The process of separation of iron compounds in a thin-layer sump is cyclical in nature and the effect of iron removal depends mainly on the flow rate in thin-layer modules, the initial concentration of iron and the dose of alkaline reagent. For agglomeration of flakes of iron hydroxide, which sit in the sump, the capacity of the vortex-type flocculation chamber, combined with the sump, should be such that the treated water stays for at least 15 minutes.
Недостатком известного способа является низкая эффективность очистки при высокой концентрации железоорганических соединений и при pH ниже 7,0, поскольку только при аэрировании, известковании и тонкослойном отстаивании достаточно полной деструкции устойчивых, сложноокисляемых форм органических соединений железа может не происходить. В тонкослойном отстойнике не создается устойчивой биологически активной среды, а на поверхности фильтрующей загрузки, образующийся из железобактерий биологически активный слой, практически не участвует в деструкции железоорганических комплексных соединений, поскольку постоянно вымывается при ежесуточной регенерации фильтра. В связи с этим сохраняется возможность попадания железоорганических соединений в разводящую сеть, где в присутствии органики возможно развитие железобактерий, способствующих коррозии металлических элементов сети и вторичному загрязнению недостаточно очищенной воды, ухудшению ее органолептических свойств часто в пределах, существенно превышающих регламентируемые, а при хлорировании воды не исключается образование токсичных хлорорганических соединений. The disadvantage of this method is the low cleaning efficiency at a high concentration of organometallic compounds and at a pH below 7.0, since only with aeration, liming and thin-layer sedimentation, a sufficiently complete destruction of stable, difficultly oxidized forms of organic iron compounds can not occur. A stable biologically active medium is not created in a thin-layer sump, and on the surface of the filtering load, a biologically active layer formed from iron bacteria does not practically participate in the destruction of organometallic complex compounds, since it is constantly washed out during daily filter regeneration. In this regard, it remains possible for organometallic compounds to enter the distribution network, where in the presence of organic matter iron bacteria may develop, contributing to corrosion of the metal elements of the network and secondary pollution of insufficiently purified water, deterioration of its organoleptic properties often in the range significantly exceeding the regulated ones, but not during chlorination of water formation of toxic organochlorine compounds is excluded.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ (Семенов В.И., Никитина Л.С., Скроба В.А. Очистка подземных вод от железоорганических соединений для водоснабжения объектов, расположенных в районах Севера //Новые исследования по сетям и сооружениям систем водоснабжения, -Л., 1985, с. 152-157), включающий предварительное аэрирование обрабатываемой воды, разложение - деструкцию железорганических комплексов и окисление закисного железа микроорганизмами, выращенными на поверхности щебеночной загрузки размером 10-30 мм, при турбулизации потока обрабатываемой воды в порах щебеночной загрузки и последующее фильтрование на скорых песчаных фильтрах. Closest to the claimed technical solution according to the technical nature and the achieved technical effect is the method (Semenov V.I., Nikitina L.S., Skroba V.A. Groundwater purification from organo-iron compounds for water supply of facilities located in the North // New studies on networks and structures of water supply systems, L., 1985, p. 152-157), including preliminary aeration of the treated water, decomposition - the destruction of organometallic complexes and oxidation of ferrous iron by microorganisms grown on surfaces of crushed stone loading with a size of 10-30 mm, with turbulization of the flow of treated water in the pores of crushed stone loading and subsequent filtering on quick sand filters.
Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная сложностью его осуществления, в частности из-за быстрой кольматации - биологического обрастания щебеночной загрузки и, следовательно, необходимости частой ее регенерации, сложности гидравлической отмывки такой загрузки при скоплении на ее поверхности прочно закрепленных биологических образований. Кроме того, из-за невозможности обеспечения равномерной проточности в порах щебеночной загрузки в межрегенерационный период в слабопроточных зонах происходит накопление избыточной биомассы в виде отмирающих микроорганизмов продуктов их метаболизма, при котором возможно возникновение процессов гниения, что существенно снижает эффективность очистки воды при высокой концентрации в ней железоорганических соединений, поскольку остается опасность выноса на фильтр продуктов гниения, содержащих органические вещества особенно при обеспечении турбулизации потока в порах щебеночной загрузки. Особо необходимо отметить, что толщина биопленки формируемой микроорганизмами, не должна превышать 200 микрон, так как проникновение кислорода на большую глубину затруднено. Поэтому основной недостаток всей гранульной загрузки - формирование анаэробных зон, в которых при накоплении биомассы в межрегенерационный период железобактерии не обеспечивают деструкцию комплексоорганических соединений и значительная часть их остается в растворенном состоянии, поступает на фильтр и содержится в фильтрате. В связи с этим сохраняется возможность попадания органических соединений в разводящую сеть, где в присутствии этих соединений возможно развитие железобактерий, способствующих коррозии металлических элементов сети и вторичному загрязнению недостаточно очищенной воды, ухудшению ее органолептических свойств часто в пределах, существенно превышающих регламентируемые, а при хлорировании воды не исключается образование токсичных хлорорганических соединений. The disadvantage of this method is its low efficiency, due to the complexity of its implementation, in particular due to the rapid colmatization - biological fouling of the crushed stone load and, therefore, the need for its frequent regeneration, the complexity of hydraulic washing of such a load when solidly fixed biological formations accumulate on its surface. In addition, due to the impossibility of ensuring uniform flow in the pores of crushed stone loading during the inter-regeneration period, in the low-flow zones there is an accumulation of excess biomass in the form of dying microorganisms of their metabolic products, in which the occurrence of rotting processes can occur, which significantly reduces the efficiency of water purification at a high concentration in it organometallic compounds, since there remains the danger of filtering out rotting products containing organic matter, especially if with respect to turbulization of the flow in the pores of crushed stone loading. It is especially necessary to note that the thickness of the biofilm formed by microorganisms should not exceed 200 microns, since the penetration of oxygen to a great depth is difficult. Therefore, the main drawback of the entire pellet load is the formation of anaerobic zones, in which, when biomass accumulates during the inter-regeneration period, the iron bacteria do not provide for the destruction of complex organic compounds and a significant part of them remains in the dissolved state, enters the filter and is contained in the filtrate. In this regard, it remains possible for organic compounds to enter the distribution network, where in the presence of these compounds iron bacteria can develop, contributing to corrosion of the metal elements of the network and secondary pollution of insufficiently purified water, deterioration of its organoleptic properties often in the range significantly exceeding regulated ones, and when chlorinating water formation of toxic organochlorine compounds is not ruled out.
Задача изобретения - обеспечить деструкцию устойчивых форм железоорганических соединений в биологически активной среде, образующейся за счет развития специфических микроорганизмов, закрепленных на насадке, обеспечивающей оптимальный гидравлический режим для их жизнедеятельности при самопроизвольном сбросе избыточной биомассы. Это позволит упростить технологию водоподготовки за счет того, что исключается необходимость регенерации биореактора, поскольку сброс избытков биомассы производится самопроизвольно, позволит исключить вероятность загнивания биомассы в биореакторе, исключить попадание органики в разводящую сеть и развитие в ней железобактерий, а следовательно, исключить вторичное загрязнение очищенной воды за счет биокоррозии и при обеззараживании хлором - образование токсичных хлорорганических соединений; при этом исключается операция подщелачивания при pH выше 6,2 - 6,5, что упрощает технологию очистки подземных вод, содержащих устойчивые формы железа. The objective of the invention is to ensure the destruction of stable forms of organometallic compounds in a biologically active medium, formed due to the development of specific microorganisms attached to the nozzle, providing the optimal hydraulic regime for their life during spontaneous discharge of excess biomass. This will simplify the water treatment technology by eliminating the need for bioreactor regeneration, since excess biomass is spontaneously dumped, eliminating the possibility of biomass decay in the bioreactor, eliminating organic matter from entering the distribution network and developing iron bacteria in it, and, therefore, eliminating secondary pollution of purified water due to biocorrosion and during chlorine disinfection, the formation of toxic organochlorine compounds; this eliminates the alkalization operation at a pH above 6.2 - 6.5, which simplifies the technology of purification of groundwater containing stable forms of iron.
Указанная задача решается следующим образом. The specified problem is solved as follows.
В известном способе очистки подземных вод от устойчивых форм железа, включающий аэрирование исходной воды и деструкцию железоорганических комплексных соединений за счет метаболизма железоокисляющих микроорганизмов с последующим фильтрованием, деструкцию железоорганических комплексных соединений проводят в биологически активной среде, образующейся за счет развития специфических микроорганизмов, закрепленных на насадке, обеспечивающей оптимальный гидравлический режим - равномерный проток обрабатываемой воды в рабочей зоне биореактора при самопроизвольном сбросе избыточной биомассы, причем деструкцию железоорганических комплексных соединений за счет метаболизма железоокисляющих микроорганизмов производят в биореакторе с ершовой насадкой в восходящем потоке при скорости не выше 3-4 мм/с при плотности микроорганизмов в общем объеме рабочей зоны не более 10-15%. In the known method of purification of groundwater from stable forms of iron, including aeration of the source water and the destruction of organometallic complex compounds due to the metabolism of iron-oxidizing microorganisms with subsequent filtration, the destruction of organometallic complex compounds is carried out in a biologically active medium formed by the development of specific microorganisms attached to the nozzle, providing optimal hydraulic mode - uniform flow of treated water in the working area of the bior ctor during spontaneous discharge of excess biomass, and the destruction of organometallic complex compounds due to the metabolism of iron-oxidizing microorganisms is carried out in a bioreactor with a brush nozzle in an upward flow at a speed of no higher than 3-4 mm / s with a density of microorganisms in the total volume of the working zone of not more than 10-15% .
Отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения являются:
- деструкцию железоорганических комплексных соединений проводят в биологически активной среде, образующейся за счет развития специфических микроорганизмов, закрепленных на насадке, обеспечивающей оптимальный гидравлический режим - равномерный проток обрабатываемой воды в рабочей зоне биореактора при самопроизвольном сбросе избыточной биомассы;
- деструкцию железоорганических комплексных соединений производят в биореакторе с ершовой насадкой в восходящем потоке при скорости не выше 3-4 мм/с;
- деструкцию железоорганических комплексных соединений производят при плотности микроорганизмов в общем объеме рабочей зоны не более 10-15%.Distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution are:
- the destruction of organometallic complex compounds is carried out in a biologically active medium, which is formed due to the development of specific microorganisms attached to a nozzle, which ensures an optimal hydraulic regime - a uniform flow of treated water in the working zone of the bioreactor during spontaneous discharge of excess biomass;
- the destruction of organometallic complex compounds is carried out in a bioreactor with a brush nozzle in an upward flow at a speed of no higher than 3-4 mm / s;
- the destruction of organometallic complex compounds is carried out at a density of microorganisms in the total volume of the working zone of not more than 10-15%.
Деструкцию железоорганических комплексных соединений проводят в биологически активной среде, образующейся за счет развития специфических микроорганизмов, закрепленных на насадке, обеспечивающей оптимальный гидравлический режим - равномерный проток обрабатываемой воды в рабочей зоне биореактора при самопроизвольном сбросе избыточной биомассы, при этом обеспечивается равномерный подвод питательного субстрата - обрабатываемой воды, содержащей железоорганические соединения к колониям микроорганизмов, закрепленных на насадке, это позволяет активно окислять - минерализовывать растворенные устойчивые железоорганические комплексы, агломерацию хлопьев минерализованных и выделенных из раствора форм железа и осаждение их в биореакторе. При этом на фильтр поступает вода, в которой практически полностью отсутствует железо в сложноокисляемых органических формах, что позволяет предотвратить попадание органики в разводящую сеть и развитие в ней железобактерий, способствующих биокоррозии и вторичному загрязнению воды, а при хлорировании исключается образование токсичных хлорорганических соединений. The destruction of organometallic complex compounds is carried out in a biologically active medium, which is formed due to the development of specific microorganisms attached to the nozzle, which provides an optimal hydraulic regime - a uniform flow of treated water in the working area of the bioreactor with spontaneous discharge of excess biomass, while ensuring a uniform supply of nutrient substrate - treated water containing organometallic compounds to the colonies of microorganisms attached to the nozzle, it allows one to actively oxidize - mineralizovyvat dissolved zhelezoorganicheskie stable complexes agglomerating flakes saline and extracted from the solution and precipitation of iron forms them into a bioreactor. At the same time, water enters the filter, in which iron is almost completely absent in complex oxidizable organic forms, which helps to prevent organics from entering the spreading network and the development of iron bacteria in it, which contribute to biocorrosion and secondary pollution of water, and the formation of toxic organochlorine compounds during chlorination is eliminated.
Деструкцию железоорганических комплексных соединений производят в восходящем потоке при скорости не выше 3-4 мм/с, что обеспечивает более полное осаждение выделенных из раствора соединений железа в биореакторе, в том числе и за счет эффекта отстаивания во взвешенном слое, обеспечивает уменьшение концентрации железа в воде, поступающей на фильтр, предотвращает "вынос" избыточного количества продуктов жизнедеятельности железобактерий и, следовательно, существенно улучшает условия эксплуатации фильтра и при оптимальных размерах биореактора исключается вероятность проскока растворенных устойчивых форм железа в систему распределения воды. The destruction of organometallic complex compounds is carried out in an upward flow at a speed of no higher than 3-4 mm / s, which ensures more complete precipitation of the iron compounds extracted from the solution in the bioreactor, including due to the settling effect in the suspended layer, and ensures a decrease in the concentration of iron in water entering the filter, prevents the "removal" of an excessive amount of waste products of iron bacteria and, therefore, significantly improves the operating conditions of the filter and at optimal sizes of bioreact ora eliminates the possibility of slip resistant forms of dissolved iron in the water distribution system.
Деструкцию железоорганических комплексных соединений производят в биореакторе, оснащенном насадкой, имеющей развитую поверхность, при плотности микроорганизмов в общем объеме рабочей зоны биореактора не более 10-15%, что обеспечивает оптимальные условия закрепления микроорганизмов, их равномерное распределение и режим их "питания", поскольку при большей плотности возможно более интенсивное отмирание бактерий из-за недостатка "питания" и вынос продуктов распада на фильтр. The destruction of organometallic complex compounds is carried out in a bioreactor equipped with a nozzle having a developed surface, with a density of microorganisms in the total volume of the working zone of the bioreactor of not more than 10-15%, which provides optimal conditions for the fixation of microorganisms, their uniform distribution and the mode of their "nutrition", since higher density, more intensive death of bacteria is possible due to lack of "nutrition" and removal of decay products to the filter.
Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата - обеспечение повышения эффективности очистки подземных вод, содержащих устойчивые формы железоорганических комплексных соединений, за счет деструкции этих соединений в биологически активной среде с использованием метаболизма железоокисляющих микроорганизмов. Thus, a causal relationship is ensured between the set of distinctive features of the claimed invention and the achieved technical result - providing increased efficiency in the purification of groundwater containing stable forms of organometallic complex compounds due to the destruction of these compounds in a biologically active medium using the metabolism of iron-oxidizing microorganisms.
Пример промышленной применимости изобретения. An example of industrial applicability of the invention.
На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая последовательность операций предлагаемого способа (стрелками показано направление обрабатываемой воды); на фиг. 2 изображена зависимость эффекта биологического окисления железоорганических соединений от скорости восходящего потока в биореакторе. Figure 1 presents a diagram illustrating the sequence of operations of the proposed method (arrows indicate the direction of the treated water); in FIG. Figure 2 shows the dependence of the effect of biological oxidation of organometallic compounds on the upward velocity in the bioreactor.
Исходную воду, содержащую устойчивые формы железоорганических соединений, из скважин подают на аэрационное устройство 1, например в вакуумно-эжекционный аппарат, из которого насыщенную кислородом воду подают в приемный карман 2 биореактора 3, откуда она поступает в зону выше осадконакопителя 4 - пирамидальной части биореактора 3, образует восходящий поток, проходящий через рабочую зону 5 биореактора 3, в которой устанавливают насадку с развитой поверхностью, например ершовую, выполняемую из синтетической нити, в частности из полиэфирной технической термофиксированной (345 ТЭКС по ГОСТ 24662-81). На ершовой насадке в рабочей зоне 5 при пропускании обрабатываемой воды, содержащей железоорганические соединения и другие растворенные соли железа, развиваются определенные виды микроорганизмов - железобактерий, способных за счет специфических свойств использовать в ходе своего метаболизма растворенную органику, обеспечивая минерализацию этих соединений. Зажелезненные природные воды, в которых соединения железа представлены органическими формами, представляют собой специфическую среду обитания микроорганизмов. Специфика ее заключается в том, что в процессе их жизнедеятельности происходит деструкция органических соединений путем не только непосредственного разрушения железобактериями, которые являются автотрофами, но также и за счет выделяющейся перекиси водорода, концентрация которой может достигать 10-20 мг/л. Выделение перекиси водорода, например у Leptothrix, приводит к ингибированию роста бактерий, особенно при увеличении концентрации органических веществ, вплоть до лизиса клеток. The source water containing stable forms of organometallic compounds is supplied from wells to an aeration device 1, for example, to a vacuum ejection apparatus, from which oxygen-saturated water is fed into the
В обычных условиях пероксид водорода разлагается путем диспропорционирования, при этом реакция протекает следующим образом:
H2O2 + H2O2 = 2H2O + O2,
где одна молекула пероксида выступает в качестве донора электронов, вторая в качестве акцептора.Under normal conditions, hydrogen peroxide is decomposed by disproportionation, while the reaction proceeds as follows:
H 2 O 2 + H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 ,
where one peroxide molecule acts as an electron donor, the second as an acceptor.
Пероксид водорода, возникающий в качестве промежуточного или конечного продукта окисления, выделяется из клеток и накапливается в окружающих их структурах. Для детоксикации перекиси водорода микроорганизмы синтезируют специфический фермент - каталазу, которая значительно интенсифицирует процесс распада перекиси:
2H2O2 ---> (каталаза) ---> 2H2O + O2.Hydrogen peroxide, which occurs as an intermediate or final oxidation product, is released from the cells and accumulates in the structures surrounding them. To detoxify hydrogen peroxide, microorganisms synthesize a specific enzyme - catalase, which significantly intensifies the process of decomposition of peroxide:
2H 2 O 2 ---> (catalase) ---> 2H 2 O + O 2 .
В то же время ионы закисного железа также способны значительно ускорять процесс распада перекиси водорода. В нейтральной или слабощелочной среде окисление Fe2+ до Fe3+ происходит в результате непосредственного взаимодействия с пероксидом водорода следующим образом:
2Fe2+ + H2O2 ---> 2Fe3+ + H2O + O2.At the same time, ferrous iron ions are also able to significantly accelerate the decomposition of hydrogen peroxide. In a neutral or slightly alkaline environment, the oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ occurs as a result of direct interaction with hydrogen peroxide as follows:
2Fe 2+ + H 2 O 2 ---> 2Fe 3+ + H 2 O + O 2 .
Этот процесс протекает в капсулах, чехлах, слизистых выделениях, на поверхности клеточной стенки, в которых концентрируются все компоненты реакции: восстановленные соединения железа и перекись водорода, кроме этого, перекись водорода может выделяться из клетки в среду, а окислы железа могут накапливаться как в клеточных экзополимерах, так и в среде в виде аморфного бесструктурного осадка. This process takes place in capsules, covers, mucous secretions, on the surface of the cell wall, in which all components of the reaction are concentrated: reduced iron compounds and hydrogen peroxide, in addition, hydrogen peroxide can be released from the cell into the medium, and iron oxides can accumulate as in cellular exopolymers, and in the medium in the form of an amorphous structureless precipitate.
Ионы железа каталитически ускоряют разложение пероксида водорода, хотя в присутствии каталазы эта реакция протекает в 109 раз быстрее. Это объясняет весьма активный рост подобных микроорганизмов в водах, богатых соединениями двухвалентного железа, так как в условиях низкой пита- тельной ценности подземных вод затраты на синтез каталазы могут не покрываться за счет энергии, извлекаемой микроорганизмами из органических веществ, растворенных в природной воде. В то же время, присутствие в воде соединений закисного железа, которые окисляются перекисью водорода, позволяет микроорганизмам не синтезировать каталазу, необходимую для детоксикации перекиси водорода. В результате этого микроорганизмы могут существовать за счет того минимального количества питательных веществ, которые находятся в природной воде.Iron ions catalytically accelerate the decomposition of hydrogen peroxide, although in the presence of catalase this reaction proceeds 10 9 times faster. This explains the very active growth of such microorganisms in waters rich in ferrous iron compounds, since under the conditions of low nutrient value of groundwater, the costs of catalase synthesis may not be covered by the energy extracted by microorganisms from organic substances dissolved in natural water. At the same time, the presence of ferrous iron compounds in water, which are oxidized by hydrogen peroxide, allows microorganisms not to synthesize the catalase necessary for detoxification of hydrogen peroxide. As a result of this, microorganisms can exist due to the minimum amount of nutrients found in natural water.
В случае, если разрушению подвергается органическая часть молекулы комплексоорганического соединения железа, микроорганизмы не должны избирательно накапливать какой-либо металл, также должно быть безразлично в закисной или окисной форме находится ион железа. Однако, в условиях низкой питательной ценности воды, т.е. когда микробиальная деятельность клетки не может быть в полной мере обеспечена органическими веществами, находящимися в природной воде, очень важным становится присутствие в воде именно соединений закисного железа, так как в этих условиях соединения закисного железа заменяют собой каталазу. Кроме того, выделение пероксида водорода микроорганизмами способствует более эффективному разрушению органических соединений. If the organic part of the molecule of the complex organic compound of iron is destroyed, the microorganisms must not selectively accumulate any metal, and the iron ion should also be indifferent in the acid or oxide form. However, in conditions of low nutritional value of water, i.e. when the microbial activity of a cell cannot be fully provided by organic substances found in natural water, the presence of ferrous iron compounds in water becomes very important, since under these conditions ferrous iron compounds replace catalase. In addition, the release of hydrogen peroxide by microorganisms contributes to a more efficient destruction of organic compounds.
Таким образом, при биологическом обезжелезивании по предлагаемой схеме очистки обеспечивается разрушение органических соединений, растворенных в воде, как за счет прямого использования микроорганизмами данных соединений в качестве питательного субстрата, так и за счет деструкции органических соединений в результате контакта с продуктом метаболизма (пероксидом водорода) данных микроорганизмов. Thus, biological deferrization according to the proposed cleaning scheme ensures the destruction of organic compounds dissolved in water, both due to the direct use by microorganisms of these compounds as a nutrient substrate, and due to the destruction of organic compounds as a result of contact with the metabolic product (hydrogen peroxide) data microorganisms.
Плотность микроорганизмов в рабочей зоне 5 биореактора 3 определяется несущей способностью применяемого типа насадки, в частности ее удельной поверхностью. При переменной концентрации органических форм железа в обрабатываемой воде наблюдается эффект саморегуляции плотности микроорганизмов и не получающие "питание" бактерии отмирают и сбрасываются с насадки, накапливаясь в осадконакопителе 4 или реверсируют и вновь активизируются при увеличении содержания органики в воде. При увеличении удельной поверхности насадки в биореакторе 3 и, следовательно, увеличении плотности микроорганизмов более 10-15% в общем объеме рабочей зоны 5 биореактора 3 наблюдается неустойчивость микрофлоры, при этом не исключается "вынос" неминерализованной органики и продуктов распада отмирающих микроорганизмов из рабочей зоны 5 биореактора 3 на фильтр 7. В связи с этим активная поверхность насадки должна обеспечивать оптимальную плотность микроорганизмов в рабочей зоне 5 биореактора 3 не более 10-15% общего объема этой зоны. The density of microorganisms in the working
Формирование восходящего потока за счет подачи обрабатываемой воды из нижней части биореактора 3 обеспечивает эффект отстаивания "во взвешенном слое", поскольку поток проходит по направлению снизу вверх в рабочей зоне 5, где образовавшиеся в результате окисления и минерализации хлопья соединений железа, а также продукты распада микроорганизмов образуют встречный поток. Это способствует коагулированию и эффективному осаждению выделяемых из раствора неорганических соединений железа. Кроме того, в рабочей зоне 5 биореактора 3 обеспечивается контакт восходящего потока обрабатываемой жидкости с микроорганизмами, закрепившимися на поверхности (нитях) насадки, что обусловливает активизацию процесса минерализации растворенных органических соединений железа, выделение их из раствора и осаждение. Образующиеся хлопья железа, имеющие отрицательную гидравлическую крупность, осаждаются и накапливаются в зоне накопления осадка 4 биореактора 3. При этом важно обеспечить наиболее полное осаждение выделенных из раствора соединений железа в биореакторе 3, не допуская "выноса" их на фильтр 7, что обеспечивается оптимальной скоростью восходящего потока в рабочей зоне 5 биореактора 3, которая, как показывают экспериментальные исследования (фиг. 2), не должна превышать 3...4 мм/с. При большей скорости восходящего потока существенно снижается эффект очистки воды в биореакторе 3 от железоорганических соединений за счет несоответствия этой скорости и гидравлической крупности, образующихся хлопьев и органических остатков - продуктов метаболизма железобактерий, а также за счет ухудшения условий контакта обрабатываемой воды с закрепленными микроорганизмами, поскольку при повышении скорости восходящего потока волокна насадки принимают положение, близкое к вертикальному, а суммарная площадь контакта закрепленных микроорганизмов с потоком обрабатываемой воды уменьшается. При скорости менее 3 мм/с эффект очистки воды от органических соединений железа существенно не увеличивается, но при этом увеличиваются габаритные размеры биореактора 3, а при скорости восходящего потока очищаемой жидкости в рабочей зоне 5 биореактора 3 менее 1 мм/с волокна насадки также занимают положение, близкое к вертикальному, за счет чего ухудшаются условия "питания" микроорганизмов и эффект очистки воды от железоорганических комплексных соединений снижается. Кроме того, эффект очистки от устойчивых органических форм железа в биореакторе 3 зависит от продолжительности контакта обрабатываемой воды с биологически активной средой в рабочей зоне 5. В связи с этим высота рабочей зоны 5 биореактора 3 должна соответствовать скорости процесса биологического окисления этих форм железа за счет метаболизма микроорганизмов, закрепленных на насадке в рабочей зоне биореактора, чем обеспечивается наиболее полное окисление растворенного железа и достаточно высокий эффект очистки. В частности, при скорости восходящего потока 3-4 мм/с и при высоте 0,8 м рабочей зоны 5 и времени контакта 3,5-4,5 мин эффект очистки от органических соединений железа составляет 55-60% (фиг. 2), а при высоте 1,6 м рабочей зоны 5 и времени контакта до 9 мин эффект очистки возрастает до 90-95%. Необходимое время контакта обрабатываемой воды с биологически активной средой в значительной мере зависит от свойств железоорганических соединений, растворенных в воде, и должно определяться по данным технологического моделирования. По мере накопления биологической массы на волокнах насадки происходит ее самопроизвольное сбрасывание, этот осадок перемещается вниз и накапливается в зоне накопления 4, откуда периодически отводится патрубком 6 на сооружения обработки осадка. The formation of the upward flow due to the supply of treated water from the bottom of the
Далее вода, обработанная в биореакторе 3, в котором обеспечивается достаточно полная деструкция устойчивых форм железа - минерализация железоорганических соединений, поступает на фильтровальное устройство, например скорый фильтр 7, и после фильтрации через зернистую фильтрующую загрузку 8 полностью освобождается от железа, в том числе и от остаточного количества железоорганических комплексов. Очищенная вода собирается в дренажную систему 9 скорого фильтра 7 и отводится в блок обеззараживания 10 и после, например, хлорирования подается в разводящую сеть потребителю. В связи с тем, что в биореакторе 3 и в фильтре 7 обеспечивается полная очистка воды от железоорганических соединений в разводящей сети отсутствуют условия развития железобактерий, что исключает возможность биокорозии и, следовательно, вторичного загрязнения воды. Кроме того, при хлорировании не образуется токсичных хлорорганических соединений, чем обеспечивается благоприятная экологическая обстановка в водопроводной системе. Further, the water treated in the
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99102891A RU2161594C2 (en) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | Method of removing stable forms of iron |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99102891A RU2161594C2 (en) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | Method of removing stable forms of iron |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99102891A RU99102891A (en) | 2000-12-27 |
| RU2161594C2 true RU2161594C2 (en) | 2001-01-10 |
Family
ID=20215894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99102891A RU2161594C2 (en) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | Method of removing stable forms of iron |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2161594C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2194672C1 (en) * | 2001-04-10 | 2002-12-20 | Государственное предприятие "Дальневосточный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации" | Bioreactor for treatment of natural waters |
| RU2206519C2 (en) * | 2001-08-30 | 2003-06-20 | Закрытое акционерное общество "Новые Водные Технологии" | Plant for cleaning water from toxic admixtures (versions) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2362793A1 (en) * | 1975-04-30 | 1978-03-24 | Dowa Mining Co | FE2 + OXIDATION TREATMENT PROCESS IN WASTE WATER |
| RU2060964C1 (en) * | 1992-10-15 | 1996-05-27 | Конструкторское бюро "Южное" им.М.К.Янгеля | Apparatus for sewage biological purification |
-
1999
- 1999-02-15 RU RU99102891A patent/RU2161594C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2362793A1 (en) * | 1975-04-30 | 1978-03-24 | Dowa Mining Co | FE2 + OXIDATION TREATMENT PROCESS IN WASTE WATER |
| US4139456A (en) * | 1975-04-30 | 1979-02-13 | Dowa Mining Co., Ltd. | Process for oxidation treatment of FE2+ in waste water |
| RU2060964C1 (en) * | 1992-10-15 | 1996-05-27 | Конструкторское бюро "Южное" им.М.К.Янгеля | Apparatus for sewage biological purification |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СЕМЕНОВ В.И. и др. Очистка подземных вод от железоорганических соединений для водоснабжения объектов, расположенных в районах Севера //Новые исследования по сетям и сооружениям систем водоснабжения. - Л., 1985, с. 152 - 157. Большой энциклопедический словарь, Биология. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, с. 196. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2194672C1 (en) * | 2001-04-10 | 2002-12-20 | Государственное предприятие "Дальневосточный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации" | Bioreactor for treatment of natural waters |
| RU2206519C2 (en) * | 2001-08-30 | 2003-06-20 | Закрытое акционерное общество "Новые Водные Технологии" | Plant for cleaning water from toxic admixtures (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5213647B2 (en) | Method and system for treatment of wastewater containing organic compounds | |
| TWI434811B (en) | Treatment of wastewater | |
| JP3729332B2 (en) | Wastewater treatment apparatus including upflow anaerobic reactor and wastewater treatment method using the same | |
| JP2008284427A (en) | Apparatus and method for treating waste water | |
| US20020166819A1 (en) | System and method for separating components of liquid manure | |
| CN109095714A (en) | A kind of good anaerobism alternative expression sewage purifier and purification process | |
| CN104591443A (en) | Circular treatment equipment for aquiculture agricultural waste water | |
| JPH11285696A (en) | Device and method for sewage treatment | |
| AU2004272171B2 (en) | A method and a plant for waste water treatment | |
| RU2161594C2 (en) | Method of removing stable forms of iron | |
| KR100336484B1 (en) | A Soil Clothing-Style Contact Oxidation Apparatus with Recycle of Nitrified Liquid and Contact Oxidation Method of Using the Same | |
| KR100292432B1 (en) | Oxidized spherical natural purification | |
| KR20000032509A (en) | Method for purifying wastewater using aeration | |
| EP1361198B1 (en) | Process for treating water and treatment plant | |
| KR100631373B1 (en) | Contact Oxidation Device with Maximum Nitrogen and Phosphorus Removal Efficiency and Contact Oxidation Method Using the Same | |
| KR100432298B1 (en) | Recovery Treatment Equipment of wastewater and concentrated metabolic materials thereof | |
| GB1584373A (en) | Process for purifying waste waters | |
| KR20040020325A (en) | A method for treating the graywater by membrane | |
| KR100519263B1 (en) | Sewage treatment system | |
| CN116768390A (en) | Eel breeding tail water recycling system and treatment method | |
| KR100241474B1 (en) | Biological Wastewater Treatment System | |
| KR100311587B1 (en) | Batch type apparatus for treating organic wastewater/sewage | |
| KR100254523B1 (en) | Natural purification method and apparatus thereof | |
| JP2003181489A (en) | Organic wastewater treatment method | |
| Magara et al. | Cost analysis of the adverse effects of algal growth in water bodies on drinking water supply |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090216 |