[go: up one dir, main page]

RU2179956C2 - Method of treating natural waters to remove iron - Google Patents

Method of treating natural waters to remove iron Download PDF

Info

Publication number
RU2179956C2
RU2179956C2 RU99113510/12A RU99113510A RU2179956C2 RU 2179956 C2 RU2179956 C2 RU 2179956C2 RU 99113510/12 A RU99113510/12 A RU 99113510/12A RU 99113510 A RU99113510 A RU 99113510A RU 2179956 C2 RU2179956 C2 RU 2179956C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
water
iron
carried out
air
Prior art date
Application number
RU99113510/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99113510A (en
Inventor
А.И. Касперович
жный В.А. Колод
В.А. Колодяжный
В.Г. Плотников
Ж.А. Прописнова
Original Assignee
Касперович Анатолий Иванович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Касперович Анатолий Иванович filed Critical Касперович Анатолий Иванович
Priority to RU99113510/12A priority Critical patent/RU2179956C2/en
Publication of RU99113510A publication Critical patent/RU99113510A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2179956C2 publication Critical patent/RU2179956C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: water treatment. SUBSTANCE: method consists in catalytic oxidation of Fe(II) on granulated manganese-containing catalyst in the form of silica gel thermodificiated with manganese dioxide (particle size 0.15- 0.5 mm) followed by separation of thus formed suspended phase of Fe(OH)3 by filtration through granular bulk of marble crumb (fraction 1-2 mm). Catalytic oxidation is carried out in fluidized catalyst bed, which is formed by bubbling air at air velocity 17-20 m/h and water velocity up to 2.5 m/h, whereas catalyst is loaded in amounts 0.75 to 1.5 g per 1 l of bed. EFFECT: simplified process at high iron level in water. 4 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области водоподготовки питьевой воды, в частности к каталитической очистке природных вод от соединений железа. The invention relates to the field of water treatment of drinking water, in particular to the catalytic treatment of natural waters from iron compounds.

Анализ современного уровня знаний в этой области показывает, что известны способы очистки природных вод от железа, находящегося в форме гидрокарбоната железа Fе(НСО3)2, заключающиеся в том, что для обезжелезивания в воду вводят кислород в виде водовоздушной эмульсии /1/, причем процесс значительно ускоряется, если окисление Fe2+ в Fe3+ вести в присутствии катализаторов, в частности соединений марганца /2/. Однако для достижения необходимых степеней очистки по данному способу требуется значительное количество каталитической загрузки (при скорости фильтрации 10 м/ч высота слоя катализатора - 1000 мм). Катализатор в процессе очистки дезактивируется вследствие сорбции на его поверхности образующегося при окислении гидроксида железа Fе(ОН3), а регенерация осуществляется дорогостоящими реактивами, в частности перманганатом калия.An analysis of the current level of knowledge in this area shows that there are known methods for purifying natural water from iron, which is in the form of iron bicarbonate Fe (НСО 3 ) 2 , which consists in the fact that oxygen is introduced into the water in the form of a water-air emulsion for iron removal / 1 /, the process is significantly accelerated if the oxidation of Fe 2+ in Fe 3+ is carried out in the presence of catalysts, in particular manganese compounds / 2 /. However, to achieve the required degree of purification by this method, a significant amount of catalytic loading is required (at a filtration rate of 10 m / h the height of the catalyst layer is 1000 mm). During purification, the catalyst is deactivated due to sorption of Fe (OH 3 ) formed during oxidation of iron hydroxide on its surface, and regeneration is carried out by expensive reagents, in particular potassium permanganate.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому способу очистки природных вод от железа является способ, заключающийся в каталитическом окислении Fe2+ на гранулированном марганецсодержащем катализаторе с образованием взвешенной фазы Fе(ОН)3. Способ осуществляется следующим образом. Очищаемую воду, насыщенную кислородом воздуха, фильтруют в реакционной камере через зернистую загрузку с нанесенным на нее слоем реагента - полиперманганита меди формулы: (CuMn)О•mMnО2•nH2О, при этом образующийся Fе(ОН)3 остается в объеме катализатора /3/.The closest analogue in technical essence to the claimed method of purification of natural water from iron is the method consisting in the catalytic oxidation of Fe 2+ on a granular manganese-containing catalyst with the formation of a suspended phase Fe (OH) 3 . The method is as follows. Purified water saturated with oxygen in the air is filtered in a reaction chamber through a granular charge with a layer of a reagent copper copper polypermanganite of the formula: (CuMn) О • mMnО 2 • nH 2 О, while the resulting Fe (ОН) 3 remains in the catalyst volume / 3 /.

Недостатками указанного способа являются: низкая каталитическая активность катализатора, что ограничивает применение способа для обезжелезивания воды с высоким содержанием железа (до 40 мг/л и более), неудовлетворительная емкость фильтрующей загрузки (грязеемкость); необходимость периодической регенерации или замены катализатора, что в целом усложняет и удорожает процесс обезжелезивания воды. Это связано с тем, что естественное насыщение воды кислородом воздуха при атмосферном давлении ограничивает применение данного способа до содержания Fe2+ на уровне 8-9 мг/л; выбранная зернистая загрузка обладает малой грязеемкостью по отношению к образующемуся Fе(ОН)3; поверхность катализатора дезактивируется пленкой сорбированных соединений железа.The disadvantages of this method are: low catalytic activity of the catalyst, which limits the application of the method for iron removal of water with a high iron content (up to 40 mg / l or more), poor filter loading capacity (dirt holding capacity); the need for periodic regeneration or replacement of the catalyst, which generally complicates and increases the cost of iron removal. This is due to the fact that the natural saturation of water with atmospheric oxygen at atmospheric pressure limits the application of this method to an Fe 2+ content of 8-9 mg / l; the selected granular charge has a low dirt capacity in relation to the resulting Fe (OH) 3 ; the surface of the catalyst is deactivated by a film of sorbed iron compounds.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в том, чтобы упростить технологию обезжелезивания природных вод; расширить верхний предел содержания железа в очищаемой воде (до 40 мг/л); увеличить эффективность обезжелезивания воды в расчете на 1 объем фильтрующей загрузки. Для решения поставленной задачи в способе использовано каталитическое окисление двухвалентного железа и фильтрование очищаемой воды через зернистую загрузку с удержанием в объеме последней образующегося Fе(ОН)3, причем процессы окисления и отделения образовавшейся взвешенной фазы гидроксида железа ведут в разных объемах реакционной камеры. В реакционной камере в присутствии мелкодисперсного катализатора (силикагеля, модифицированного диоксидом марганца, МnО2), помещенного для предотвращения выноса между двумя мелкоячеистыми ложными днищами, инициируется окисление ионов Fe2+ в Fe3 +, а в контактном фильтре, заполненном мраморной крошкой, завершается образование Fе(ОН)3 с одновременным отделением взвешенной фазы из очищаемой воды. Катализатор, инициирующий окисление железа, находится в псевдоожиженном состоянии, которое достигается оптимальным выбором скоростей воздуха 17-20 м/ч и воды до 2,5 м/ч, и массовой загрузки катализатора 0,75-1,5 г на 1 л слоя. При этом барботируемый в воду воздух, попадая в реакционную камеру, предварительно проходит пористое нижнее днище и переводится в мелкодисперсное состояние. После прохождения реакционной камеры вода подается в контактный фильтр, где происходит удаление взвешенной фазы. При содержании железа в воде на выходе из фильтра выше санитарно-гигиенической нормы фильтр подвергают регенерации, которую осуществляют противоточной водовоздушной промывкой.The technical problem solved by the invention is to simplify the technology of iron removal of natural waters; expand the upper limit of the iron content in the treated water (up to 40 mg / l); increase the efficiency of water deferrization per 1 filtering volume. To solve this problem, the method used catalytic oxidation of ferrous iron and filtering the water to be purified through a granular charge with the retention of Fe (OH) 3 formed in the volume of the latter, and the processes of oxidation and separation of the formed suspended phase of iron hydroxide are carried out in different volumes of the reaction chamber. In the reaction chamber in the presence of a finely dispersed catalyst (silica gel modified with manganese dioxide, MnO 2 ), placed to prevent removal between two fine-mesh false bottoms, oxidation of Fe 2+ ions in Fe 3 + is initiated, and the formation of the contact filter filled with marble chips ends Fe (OH) 3 with simultaneous separation of the suspended phase from the purified water. The catalyst that initiates the oxidation of iron is in a fluidized state, which is achieved by the optimal choice of air velocities of 17-20 m / h and water up to 2.5 m / h, and mass loading of the catalyst 0.75-1.5 g per 1 liter of layer. In this case, the air bubbled into the water, entering the reaction chamber, passes through the porous bottom bottom and is transferred into a finely dispersed state. After passing through the reaction chamber, water is supplied to the contact filter, where the suspended phase is removed. When the iron content in the water at the outlet of the filter is higher than the sanitary-hygienic norm, the filter is subjected to regeneration, which is carried out by countercurrent water-air washing.

Отличительной и существенной особенностью предлагаемого способа является то, что каталитическое окисление проводят в псевдоожиженном слое, при котором катализатор пребывает в состоянии саморегенерации, что исключает его дезактивацию и соответственно наиболее трудоемкую операцию его регенерации. Формирование псевдожиженного слоя производится при скоростях воздуха 17-20 м/ч и воды до 2,5 м/ч, и массовой загрузке катализатора 0,75-1,5 г на 1 л слоя. Разделение процессов окисления и удаления взвешенной фазы обеспечивает более эффективное использование катализатора и адсорбционной емкости минерального сорбента (мраморной крошки) как по Fe2+, так и по Fe3+.A distinctive and significant feature of the proposed method is that the catalytic oxidation is carried out in a fluidized bed, in which the catalyst is in a state of self-regeneration, which excludes its deactivation and, accordingly, the most time-consuming operation of its regeneration. The formation of a fluidized bed is carried out at air speeds of 17-20 m / h and water up to 2.5 m / h, and mass loading of the catalyst 0.75-1.5 g per 1 liter of layer. Separation of the processes of oxidation and removal of the suspended phase provides a more efficient use of the catalyst and the adsorption capacity of the mineral sorbent (marble chips) for both Fe 2+ and Fe 3+ .

Нижеприведенные примеры иллюстрируют воспроизводимость заявляемого способа. The following examples illustrate the reproducibility of the proposed method.

Пример 1. Исследование проводилось как на модельных растворах, приготовленных на дистиллированной воде с исходным содержанием Fe2 + - 6-40 мг/л, так и на реальных артезианских водах с содержанием двухвалентного железа около 7 мг/л. Процесс обезжелезивания заключался в следующем. Вода, содержащая Fe2+, восходящим потоком направлялась в реакционную камеру (РК) с диаметром 5 см и объемом 330 мл, в которую помещался мелкодисперсный катализатор - термомодифицированный диоксидом марганца силикагель. Для предотвращения выноса катализатора реакционная камера имела мелкопористые верхнее и нижнее днища, представлявшие собой спеченные стеклянные фильтры. Для реализации псевдоожиженного слоя катализатора через нижнее днище с заданной скоростью барботировался воздух. В реакционной камере инициировался в процессе окисления Fe2+ Fe3+, вода после реакционной камеры подавалась в контактный фильтр (диаметр 2,5 см, высота слоя мраморной крошки 17,5 см, фракция 1-2 мм), в котором завершался процесс окисления двухвалентного железа и происходило отделение взвешенной фазы образовавшегося гидроксида железа. После исчерпания емкости фильтра (концентрация железа в фильтрате сопоставима с предельной допустимой концентрацией - 0,3 мг/л) процесс обезжелезивания прекращался, адсорбент подвергался регенерации, которая осуществлялась водовоздушным потоком в режиме противотока в течение 5 мин (скорость воды 11,4 м/ч, скорость воздуха 25 м/ч). Для сопоставления полученных результатов с данными по прототипу и оценки каталитического окисления введен параметр - количество извлеченного железа (мг) на 1 см3 сорбента (мраморной крошки) за 1 час (q, мг/см3•ч).Example 1. The study was conducted both on model solutions prepared in distilled water with an initial content of Fe 2 + - 6-40 mg / L, and on real artesian waters with a ferrous content of about 7 mg / L. The process of iron removal was as follows. Water containing Fe 2+ was directed upward to a reaction chamber (RC) with a diameter of 5 cm and a volume of 330 ml, into which a finely dispersed catalyst — thermally modified manganese dioxide silica gel — was placed. To prevent the removal of the catalyst, the reaction chamber had finely porous upper and lower bottoms, which were sintered glass filters. In order to realize a fluidized catalyst bed, air was bubbled through at the bottom with a given speed. In the reaction chamber, Fe 2+ Fe 3+ was initiated during the oxidation process, water after the reaction chamber was supplied to the contact filter (diameter 2.5 cm, height of the marble chips 17.5 cm, fraction 1-2 mm), in which the oxidation process was completed ferrous iron and there was a separation of the suspended phase of the formed iron hydroxide. After the filter capacity was exhausted (the iron concentration in the filtrate was comparable with the maximum permissible concentration of 0.3 mg / l), the iron removal process was stopped, the adsorbent underwent regeneration, which was carried out by a water-air flow in countercurrent mode for 5 min (water speed 11.4 m / h air speed 25 m / h). To compare the results with the data on the prototype and evaluate the catalytic oxidation, a parameter was introduced - the amount of extracted iron (mg) per 1 cm 3 of sorbent (marble chips) for 1 hour (q, mg / cm 3 • h).

Остальные примеры (2-6) проводились аналогично примеру 1. Результаты примеров (1-6) и их режимные параметры сведены в таблицу. The remaining examples (2-6) were carried out analogously to example 1. The results of examples (1-6) and their operating parameters are summarized in the table.

Таким образом, заявляемый способ осуществим и позволяет:
- упростить технологию обезжелезивания воды за счет исключения стадии регенерации катализатора, что достигается ведением процесса в псевдоожиженном слое катализатора;
- увеличить эффективность обезжелезивания воды на единицу объема используемого сорбента (мрамор);
- обеспечить возможность обезжелезивания природных вод с высоким содержанием двухвалентного железа (до 40 мг/л);
- уменьшить количество используемого катализатора в 50-100 раз (по объему).
Thus, the claimed method is feasible and allows:
- to simplify the technology of iron removal by eliminating the stage of regeneration of the catalyst, which is achieved by conducting the process in the fluidized bed of the catalyst;
- to increase the efficiency of water deferrization per unit volume of the used sorbent (marble);
- to provide the possibility of iron removal of natural waters with a high content of ferrous iron (up to 40 mg / l);
- reduce the amount of catalyst used by 50-100 times (by volume).

Источники информации
1. Л.А. Кульский, П.П. Строкач. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа, 1986, с. 207-220.
Sources of information
1. L.A. Kulsky, P.P. Strokach. Technology of natural water purification. Kiev: Vishka School, 1986, p. 207-220.

2. Mс. Farland W.E., Groundwater treatment alternatives for industry. Pt. I: Jron and manganese removal./"Plant. Eng." (США), 1985, v. 39, 13, р. 62-66. 2. ms. Farland W.E., Groundwater treatment alternatives for industry. Pt. I: Jron and manganese removal./"Plant. Eng. " (USA), 1985, v. 39, 13, p. 62-66.

3. А.c. СССР 1198016, кл. С 02 F/64, В 01 D 37/02, Б.И. 46, 1985. 3. A.c. USSR 1198016, class C 02 F / 64, B 01 D 37/02, B.I. 46, 1985.

Claims (4)

1. Способ очистки природных вод от железа, включающий каталитическое окисление двухвалентного железа на гранулированном марганецсодержащем катализаторе с отделением взвешенной фазы трехвалентного гидроксида железа, отличающийся тем, что каталитическое окисление ведут в псевдоожиженном слое катализатора при барботаже воздуха, а последующее отделение образовавшейся взвешенной фазы трехвалентного гидроксида железа осуществляют путем фильтрации через зернистую загрузку. 1. The method of purification of natural waters from iron, including the catalytic oxidation of ferrous iron on a granular manganese-containing catalyst with separation of the suspended phase of ferric iron hydroxide, characterized in that the catalytic oxidation is carried out in the fluidized bed of the catalyst with sparging of air, and the subsequent separation of the formed suspended phase of ferric iron hydroxide carried out by filtration through a granular load. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гранулированного катализатора используют силикагель, термомодифицированный диоксидом марганца, с дисперсностью 0,15-0,5 мм. 2. The method according to p. 1, characterized in that as the granular catalyst use silica gel, thermally modified with manganese dioxide, with a dispersion of 0.15-0.5 mm 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве зернистой загрузки используется мраморная крошка фракции 1-2 мм. 3. The method according to p. 1, characterized in that as a granular load, marble chips of a fraction of 1-2 mm are used. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование псевдоожиженного слоя ведется при барботаже воздуха, скорость которого составляет 17-20 м/ч при скорости воды до 2,5 м/ч и массовой загрузке катализатора 0,75-1,5 г на 1 л псевдоожиженного слоя. 4. The method according to p. 1, characterized in that the formation of a fluidized bed is carried out with the bubbling of air, the speed of which is 17-20 m / h at a water speed of up to 2.5 m / h and a mass loading of the catalyst of 0.75-1.5 g per 1 liter of fluidized bed.
RU99113510/12A 1999-06-21 1999-06-21 Method of treating natural waters to remove iron RU2179956C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113510/12A RU2179956C2 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Method of treating natural waters to remove iron

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113510/12A RU2179956C2 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Method of treating natural waters to remove iron

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99113510A RU99113510A (en) 2001-06-10
RU2179956C2 true RU2179956C2 (en) 2002-02-27

Family

ID=20221683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99113510/12A RU2179956C2 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Method of treating natural waters to remove iron

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2179956C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2259957C1 (en) * 2004-05-05 2005-09-10 Обнинский Технический Университет Атомной Энергетики Silica gel-based catalyst thermo-modified by manganese dioxide
RU2320546C1 (en) * 2006-09-28 2008-03-27 Общество с ограниченной ответственностью Нефтегаз-Сталь экспертно научно внедренческая компания ООО "НЕФТЕГАЗ-СТАЛЬ-ЭНВК" Method of removing iron from aqueous solutions

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0064647A1 (en) * 1981-04-28 1982-11-17 Amf Incorporated Filter media, method for oxidizing and removing soluble iron, method for removing and inactivating microorganisms, and particulate filter aid
US4551254A (en) * 1983-06-22 1985-11-05 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Macroporous manganese dioxide water purifier
EP0346139A2 (en) * 1988-06-10 1989-12-13 W.R. Grace & Co.-Conn. Corrosion control
RU2085512C1 (en) * 1995-01-31 1997-07-27 Подкопаев Александр Николаевич Method of underground water treatment from iron
RU2100282C1 (en) * 1996-05-17 1997-12-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "ФИЛЬТРЫ ММ" Method for sorption treatment of drinking water to remove iron
WO1999001383A1 (en) * 1997-07-02 1999-01-14 Csir Treatment of acidic water containing dissolved ferrous cations

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0064647A1 (en) * 1981-04-28 1982-11-17 Amf Incorporated Filter media, method for oxidizing and removing soluble iron, method for removing and inactivating microorganisms, and particulate filter aid
US4551254A (en) * 1983-06-22 1985-11-05 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Macroporous manganese dioxide water purifier
EP0346139A2 (en) * 1988-06-10 1989-12-13 W.R. Grace & Co.-Conn. Corrosion control
RU2085512C1 (en) * 1995-01-31 1997-07-27 Подкопаев Александр Николаевич Method of underground water treatment from iron
RU2100282C1 (en) * 1996-05-17 1997-12-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "ФИЛЬТРЫ ММ" Method for sorption treatment of drinking water to remove iron
WO1999001383A1 (en) * 1997-07-02 1999-01-14 Csir Treatment of acidic water containing dissolved ferrous cations

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2259957C1 (en) * 2004-05-05 2005-09-10 Обнинский Технический Университет Атомной Энергетики Silica gel-based catalyst thermo-modified by manganese dioxide
RU2320546C1 (en) * 2006-09-28 2008-03-27 Общество с ограниченной ответственностью Нефтегаз-Сталь экспертно научно внедренческая компания ООО "НЕФТЕГАЗ-СТАЛЬ-ЭНВК" Method of removing iron from aqueous solutions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4029578A (en) Catalytic process for ozonation of water containing organic contaminants
JP4538314B2 (en) Method for water treatment containing iron, manganese and arsenic
US4519917A (en) Counter-current adsorption filters for the treatment of liquids and a method of operating the filter
RU96114464A (en) METHOD FOR CLEANING WATER FROM DISSOLVED ORGANIC SUBSTANCES
Weber Jr Adsorption processes
JP2947314B2 (en) Adsorption and reaction equipment
JP3767800B2 (en) Nitrogen-phosphorus-containing wastewater treatment method and apparatus
RU2179956C2 (en) Method of treating natural waters to remove iron
CN115362134A (en) Method and apparatus
RU2117635C1 (en) Method of purifying water from petroleum products
JP3814263B2 (en) Separation and recovery of iron and manganese coexisting in water
JP2002282686A (en) Phosphate ion adsorbent and method for removing phosphate ion in water
RU2083506C1 (en) Method for producing drinking water
RU2241535C1 (en) Method of preparing sorbent for treating water and aqueous solutions to remove iron and manganese compounds
US4159244A (en) Waste water-treating method
Gomelya et al. Usage of sorbent-catalyst to accelerate the oxidation of manganese
JP2004521728A (en) Treatment method for water containing manganese
JPH0474076B2 (en)
RU96103684A (en) METHOD FOR SULFURING A GAS CONTAINING HS
RU2114065C1 (en) Method of removing soluble mercury compounds from waste waters
RU2181109C2 (en) Underground water deferrization method
SU1678768A1 (en) Method for treating effluents
SU791614A1 (en) Method of waste water purification
RU2179953C1 (en) Method of removing crude oil and petroleum products from waste waters
RU2238788C1 (en) Method of production of filter material for water purification

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030622