RU2818213C2 - Method and device for removal of iron from water with high content of humus - Google Patents
Method and device for removal of iron from water with high content of humus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818213C2 RU2818213C2 RU2021135096A RU2021135096A RU2818213C2 RU 2818213 C2 RU2818213 C2 RU 2818213C2 RU 2021135096 A RU2021135096 A RU 2021135096A RU 2021135096 A RU2021135096 A RU 2021135096A RU 2818213 C2 RU2818213 C2 RU 2818213C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- iron
- filter
- humus
- value
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к способу, приведенному в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.The present invention relates to the method given in the restrictive part of
Преимущественно настоящее изобретение относится к способу и устройству для удаления железа из воды с высоким содержанием гумуса. Способ и устройство согласно настоящему изобретению, которые далее в настоящем документе совместно именуются «решением согласно настоящему изобретению», могут применяться для очистки, например, грунтовой воды в установках для очистки воды в областях, где грунтовая вода содержит железо и гумус. Решение согласно настоящему изобретению также может применяться для обработки других типов воды, а не только грунтовой воды.Advantageously, the present invention relates to a method and apparatus for removing iron from water with a high humus content. The method and apparatus of the present invention, which are hereinafter collectively referred to as the “solution of the present invention,” can be used to purify, for example, groundwater in water purification plants in areas where the groundwater contains iron and humus. The solution of the present invention can also be used to treat other types of water, not just groundwater.
Содержание железа является одним из показателей, которые указывают на возможность применения грунтовой воды. Если содержание железа высокое, то возможность применения воды в качестве бытовой воды является низкой. Содержание железа в воде выражается в микрограммах на литр воды (мкг/л) или в миллиграммах на литр (мг/л). Высокое содержание железа придает бытовой воде неприятный вкус и неприятный запах. В водных системах болотного типа содержание железа коррелирует с наличием гумуса. В воде ионы железа вступают в реакцию с кислородом и образуют оксид железа и соединения цвета ржавчины, которые окрашивают бытовую воду и делают ее мутной, а также образуют налет на внутренних поверхностях бытовых электрических приборов, в которых применяется вода.Iron content is one of the indicators that indicate the possibility of using groundwater. If the iron content is high, then the possibility of using the water as domestic water is low. The iron content of water is expressed in micrograms per liter of water (µg/l) or milligrams per liter (mg/l). High iron content gives household water an unpleasant taste and odor. In swamp-type aquatic systems, the iron content correlates with the presence of humus. In water, iron ions react with oxygen to form iron oxide and rust-colored compounds that discolor and make household water cloudy and form deposits on the interior surfaces of household electrical appliances that use water.
На содержание железа в грунтовой воде и воде из скважин влияют, кроме прочего, композиция коренной породы, значение рН воды, условия для протекания окислительно-восстановительных реакций и количество органического вещества в воде. Железо из минералов коренной породы растворяется в грунтовой воде. Песок, гравий, и морена содержат железо, которое растворяется в грунтовой воде. В случае применения централизованного водозабора риск захвата слишком большого количества железа является низким, поскольку содержание железа контролируется в установках для очистки воды. Содержание железа в воде можно определить по коричневому цвету питьевой воды или по осаждению железа в виде пятен ржавчины на поверхности бытовых электрических приборов.The iron content of groundwater and well water is affected by, among other things, the composition of the bedrock, the pH value of the water, the conditions for redox reactions and the amount of organic matter in the water. Iron from bedrock minerals dissolves in groundwater. Sand, gravel, and moraine contain iron, which dissolves in groundwater. If centralized water intake is used, the risk of capturing too much iron is low because the iron content is controlled in the water treatment plants. The iron content of water can be determined by the brown color of drinking water or by the deposition of iron in the form of rust stains on the surface of household electrical appliances.
Грунтовая вода с высоким содержанием гумуса обычно содержит больше железа по сравнению с нормальным уровнем. Содержание железа представляет собой значение, которое является типичным для каждой водной системы. 400-600 мкг/л может считаться нормальным уровнем. В воде с высоким содержанием гумуса, которая характеризуется насыщенным бурым цветом, такой как болотная вода, содержание железа может составлять до 20,0 мг/л. Высокие значения содержания железа могут возникать даже при низком содержании гумуса. Кроме того, грунтовая вода пахотных почв обычно имеет высокое содержание железа.Groundwater with a high humus content usually contains more iron than normal levels. The iron content represents a value that is typical for each water system. 400-600 µg/l can be considered a normal level. In water with a high humus content that is characterized by a rich brown color, such as swamp water, the iron content can be up to 20.0 mg/l. High iron levels can occur even with low humus levels. In addition, groundwater from arable soils usually has a high iron content.
Железо может быть вредоносным компонентом питьевой воды, если его содержание слишком велико. В бытовой воде хорошего качества содержание железа составляет менее 0,1 мг/л, при этом рекомендованное максимальное значение содержания железа в бытовой воде для снабжения населенных пунктов составляет 0,2 мг/л. Железо наряду с марганцем является наиболее распространенным элементом, который ухудшает качество питьевой воды из скважин.Iron can be a harmful component of drinking water if its levels are too high. Good quality domestic water contains less than 0.1 mg/l of iron, and the recommended maximum iron content for domestic water supply to residential areas is 0.2 mg/l. Iron, along with manganese, is the most common element that degrades the quality of drinking water from wells.
В требованиях к качеству питьевой и бытовой воды не указывается какое-либо предельное значение для максимального содержания железа. Вместо этого существует рекомендация по качеству, которую следует соблюдать. Рекомендация по качеству основана на органолептических характеристиках воды, т.е. запахе, вкусе и цвете воды, но она также защищает от угроз для здоровья. Рекомендацией по максимальному содержанию железа можно считать 200 мкг/л для воды, распределяемой, например, посредством систем водоснабжения, и 400 мкг/л для частных скважин.The requirements for the quality of drinking and domestic water do not specify any limit value for the maximum iron content. Instead, there is a quality guideline that must be followed. The quality recommendation is based on the organoleptic characteristics of the water, i.e. smell, taste and color of water, but it also protects against health risks. The recommended maximum iron content is 200 µg/l for water distributed, for example, through water supply systems, and 400 µg/l for private wells.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Из предшествующего уровня техники известны различные типы способов обработки воды, а также различные типы оборудования для обработки воды с конкретными задачами для обработки различных типов воды.Various types of water treatment methods are known in the prior art, as well as different types of water treatment equipment with specific objectives for treating different types of water.
Во всем мире довольно широко распространены грунтовые воды с высоким содержанием гумуса, которые характеризуются высокими значениями химической потребности в кислороде (COD - англ.: Chemical Oxygen Demand), высокими значениями суммарного содержания органического углерода (ТОС - англ.: Total Organic Carbon) и высоким содержанием железа и марганца. Гумус препятствует удалению железа, и, таким образом, обычные способы удаления железа являются неэффективными при обработке грунтовых вод с высоким содержанием гумуса. Для воды с высоким содержанием гумуса применяют различные типы процессов очистки воды, наиболее распространенные примеры которых приведены ниже.Groundwater with a high humus content is quite widespread throughout the world, which is characterized by high values of chemical oxygen demand (COD - Chemical Oxygen Demand), high values of total organic carbon (TOC - English: Total Organic Carbon) and high iron and manganese content. Humus inhibits iron removal and thus conventional iron removal methods are ineffective in treating groundwater with high humus content. For water with high humus content, various types of water purification processes are used, the most common examples of which are given below.
1) Химическое осаждение с помощью соли алюминия или железа. Этот процесс среди прочего включает:1) Chemical precipitation using aluminum or iron salt. This process includes, among other things:
- аэрацию, перемешивание, седиментацию, фильтрацию;- aeration, mixing, sedimentation, filtration;
- добавление щелочного агента в начале и до или после фильтрации;- adding an alkaline agent at the beginning and before or after filtration;
- обычно также добавление перманганата калия для окисления железа и марганца.- usually also adding potassium permanganate to oxidize iron and manganese.
При помощи этой обработки можно получить воду высокого качества. Однако этому способу присущи такие проблемы, как высокие инвестиционные и эксплуатационные расходы. Дополнительно, осаждающий агент и перманганат калия являются дорогостоящими химикатами. Кроме того, для функционирования этого процесса необходим большой персонал.With this treatment, high quality water can be obtained. However, this method has problems such as high investment and operating costs. Additionally, the precipitating agent and potassium permanganate are expensive chemicals. In addition, the process requires a large staff to operate.
2) Фильтрация DynaSand. Этот процесс среди прочего включает:2) DynaSand filtration. This process includes, among other things:
- аэрацию;- aeration;
- добавление окисляющего агента, например перманганата калия, для окисления железа и марганца;- adding an oxidizing agent, for example potassium permanganate, to oxidize iron and manganese;
- добавление подщелачивающего агента для регулировки значения рН обрабатываемой воды;- adding an alkalizing agent to adjust the pH value of the treated water;
- добавление соли алюминия или железа; - фильтрацию DynaSand;- adding aluminum or iron salt; - DynaSand filtration;
- необязательно добавление дополнительного окисляющего агента. Этот процесс обработки воды работает только в том случае, если содержание железа в воде является не слишком высоким. Кроме того, инвестиционные и эксплуатационные расходы являются довольно высокими.- optional addition of an additional oxidizing agent. This water treatment process only works if the iron content in the water is not too high. In addition, investment and operating costs are quite high.
3) Медленная фильтрация. Этот процесс среди прочего включает:3) Slow filtration. This process includes, among other things:
- удаление большей части железа при помощи контактной фильтрации, которая включает следующие этапы:- removal of most of the iron using contact filtration, which includes the following steps:
- аэрацию;- aeration;
- добавление перманганата калия;- adding potassium permanganate;
- фильтрация через песок;- sand filtration;
- медленную фильтрацию.- slow filtration.
Процесс медленной фильтрации является довольно дорогостоящим. Кроме прочего, для нее требуется очень большой бассейн. Одна из проблем заключается в том, что из-за большого размера бассейна отсутствует промывочная система. Следовательно, накапливающееся на поверхности бассейна железо необходимо удалять вручную, что является медленным и дорогостоящим процессом.The slow filtration process is quite expensive. Among other things, it requires a very large pool. One of the problems is that due to the large size of the pool, there is no flushing system. Consequently, iron that accumulates on the surface of the pool must be removed manually, which is a slow and expensive process.
4) Мембранная фильтрация. Этот процесс среди прочего включает:4) Membrane filtration. This process includes, among other things:
- обратный осмос или нанофильтрацию;- reverse osmosis or nanofiltration;
- аэрацию;- aeration;
- дополнительную обработку, например известковую фильтрацию.- additional processing, such as lime filtration.
Проблемы, присущие мембранной фильтрации, связаны с высокой стоимостью мембран. Кроме того, на сегодняшний день имеется лишь небольшой опыт применения этого способа. Дополнительная проблема заключается в том, что засорение фильтра не всегда является управляемым.The problems inherent in membrane filtration are related to the high cost of membranes. In addition, to date there is only little experience with this method. An additional problem is that filter clogging is not always controllable.
В публикации патента РФ RU2158231 C2 раскрывается способ удаления гумусовых веществ и железа из воды с высоким содержанием гумуса. Гумус удаляют из воды на первом этапе фильтрации, а железо удаляют на втором этапе фильтрации в качестве химического процесса.The publication of RF patent RU2158231 C2 discloses a method for removing humic substances and iron from water with a high humus content. Humus is removed from the water in the first stage of filtration and iron is removed in the second stage of filtration as a chemical process.
В публикации патента США US4459149, относящейся к процессу обработки гумусовых материалов, раскрывается способ удаления гумуса из воды путем снижения рН воды и пропускания воды через фильтр. Однако ничего не сказано о удалении железа.US Patent Publication US4459149, relating to the process of treating humic materials, discloses a method for removing humus from water by lowering the pH of the water and passing the water through a filter. However, nothing is said about iron removal.
Публикация патента Японии JP2011200829 A относится к способу и устройству для удаления железа из необработанной воды посредством биологического процесса. В этом документе раскрывается применение железистых бактерий для удаления железа путем фильтрации, но ничего не сказано об удалении гумуса или необходимости обеспечения определенных значений рН в процессе удаления железа.Japanese Patent Publication JP2011200829 A relates to a method and apparatus for removing iron from untreated water through a biological process. This document discloses the use of ferruginous bacteria to remove iron by filtration, but does not say anything about humus removal or the need to maintain certain pH values during the iron removal process.
Высокие инвестиционные расходы, высокие эксплуатационные расходы, применение химикатов и разрушительные и вредные с точки зрения экологии воздействия на окружающую среду можно считать общими проблемами для всех известных решений для удаления железа и очистки грунтовой воды.High investment costs, high operating costs, the use of chemicals and destructive and environmentally harmful impacts on the environment can be considered common problems for all known solutions for iron removal and groundwater treatment.
В предшествующем уровне техники было проведено множество исследований по удалению железа из воды с высоким содержанием гумуса, но решение для биологической очистки воды в соответствии с настоящим изобретением не было найдено.In the prior art, many studies have been carried out on the removal of iron from water with high humus content, but a solution for biological water treatment in accordance with the present invention has not been found.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯPURPOSE OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков, а также создание полностью автоматизированного, биологического, доступного, простого и надежного решения для удаления железа и гумуса из грунтовой воды. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение обработки железосодержащей грунтовой воды с высоким содержанием гумуса для получения пригодной для питья воды экологически безопасным способом с низкими расходами.The aim of the present invention is to overcome the above disadvantages and to provide a fully automated, biological, affordable, simple and reliable solution for the removal of iron and humus from groundwater. Another object of the present invention is to provide treatment of iron-containing groundwater with high humus content to produce potable water in an environmentally friendly, low cost manner.
Способ в соответствии с настоящим изобретением характеризуется признаками, представленными в отличительной части п. 1 формулы изобретения. Другие варианты осуществления настоящего изобретения характеризуются признаками, представленными в остальных пунктах формулы изобретения.The method in accordance with the present invention is characterized by the features presented in the distinctive part of
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
В способе согласно настоящему изобретению создают благоприятные условия для железистых бактерий, при этом указанные условия не способствуют химическому осаждению железа. Посредством поддержания значения рН воды на благоприятно низком уровне можно предотвратить химическое осаждение железа и создаются благоприятные условия для железистых бактерий, чтобы отфильтровать железо из воды биологическим путем.In the method according to the present invention, favorable conditions are created for iron bacteria, while these conditions do not contribute to the chemical precipitation of iron. By maintaining the pH value of the water at a favorably low level, chemical precipitation of iron can be prevented and favorable conditions are created for iron bacteria to biologically filter iron from the water.
Как правило, способ согласно настоящему изобретению предусматривает удаление железа из воды с высоким содержанием гумуса биологическим путем посредством пропускания воды через фильтр, при этом указанный фильтр содержит фильтровальный материал. Фильтровальный материал может представлять собой, например, природный песок, материалы, изготовленные из глины, или антрацит. В соответствии с настоящим изобретением значение рН обрабатываемой воды снижают перед пропусканием воды через фильтр. Преимущественно, значение рН обрабатываемой воды снижают путем добавления кислоты в воду.Typically, the method of the present invention involves removing iron from water with a high humus content biologically by passing the water through a filter, said filter comprising a filter material. The filter material can be, for example, natural sand, materials made from clay, or anthracite. In accordance with the present invention, the pH value of the water being treated is reduced before passing the water through the filter. Advantageously, the pH value of the treated water is reduced by adding acid to the water.
Устройство согласно настоящему изобретению предусматривает удаление железа из воды с высоким содержанием гумуса биологическим путем. Таким образом, устройство содержит по меньшей мере фильтр, содержащий фильтровальный материал, через который предусматривается пропускание обрабатываемой воды.The device according to the present invention provides for the removal of iron from water with a high humus content by biological means. Thus, the device contains at least a filter containing filter material through which the water to be treated is provided to pass.
Преимущественно, устройство содержит участок повышения кислотности для снижения значения рН обрабатываемой воды.Advantageously, the device contains a section for increasing acidity to reduce the pH value of the treated water.
Биологическое удаление железа и марганца из воды как таковое известно из предшествующего уровня техники и является стандартной процедурой. Новый способ в соответствии с настоящим изобретением также основан на биологической обработке воды, при этом не существует способов, сопоставимых со способом в соответствии с настоящим изобретением, и предлагаемый способ отличается от существующих систем водоснабжения биологического типа.Biological removal of iron and manganese from water as such is known in the prior art and is a standard procedure. The new method in accordance with the present invention is also based on biological water treatment, while there are no methods comparable to the method in accordance with the present invention, and the proposed method differs from existing biological water supply systems.
Железо в воде может быть окислено воздухом либо химическим, либо биологическим путем. Для химического окисления обычно требуется значение рН выше 7. Осадок, образуемый в ходе химического осаждения, является мелкозернистым и быстро вызывает засорение фильтра. Следовательно, фильтр или фильтровальный материал обычно должен промываться, когда содержание железа достигает 0,2 кг на 1 м2 фильтровального материала.Iron in water can be oxidized by air either chemically or biologically. Chemical oxidation typically requires a pH value above 7. The sediment produced during chemical precipitation is fine-grained and quickly causes filter clogging. Therefore, the filter or filter material should usually be washed when the iron content reaches 0.2 kg per 1 m 2 of filter material.
В случае биологической фильтрации железо глубже проникает в фильтр, и содержание железа может составлять более 1,0 кг на 1 м2 фильтровального материала прежде, чем фильтр будет нуждаться в промывке. Кроме того, в случае биологической фильтрации процесс удаления железа является более простым. Как правило, при биологическом удалении железа содержание кислорода является низким, чтобы предотвратить химическое окисление железа. Тем не менее, обычно часть железа по-прежнему осаждается химическим путем, что ухудшает функционирование фильтра.In the case of biological filtration, iron penetrates deeper into the filter and the iron content can be more than 1.0 kg per 1 m 2 of filter material before the filter needs to be washed. In addition, in the case of biological filtration, the iron removal process is simpler. Typically, in biological iron removal, the oxygen content is low to prevent chemical oxidation of the iron. However, usually some of the iron is still chemically deposited, which impairs the filter's performance.
Марганец удаляют биологическим путем в ходе отдельного этапа после удаления железа. Удаление марганца начинается медленно, но гумус не оказывает какого-либо отрицательного влияния на удаление.Manganese is removed biologically in a separate step after iron removal. Manganese removal begins slowly, but humus does not have any negative effect on removal.
В случае стандартного биологического удаления железа из воды с высоким содержанием гумуса нельзя добиться приемлемого результата. Содержания железа и гумуса остаются довольно высокими. Содержание железа может составлять от 1 до 2 мг/л после обработки, при этом рекомендованный уровень составляет 0,2 мг/л. Содержание железа ниже 0,1 мг/л следует рассматривать в качестве целевого значения.In the case of standard biological removal of iron from water with a high humus content, an acceptable result cannot be achieved. The iron and humus contents remain quite high. Iron content can range from 1 to 2 mg/L after treatment, with the recommended level being 0.2 mg/L. Iron content below 0.1 mg/l should be considered as a target value.
Способ в соответствии с настоящим изобретением относится к биологическому удалению железа и гумуса из грунтовой воды с высоким содержанием гумуса. В указанном способе значение рН воды, которую подают в фильтр, регулируют путем добавления кислоты до такого уровня, чтобы значение рН фильтрованной воды после фильтра составляло приблизительно от 3,1 до 6,0, преимущественно от 4,1 до 4,5. Регулировка зависит от применяемой воды, ее щелочности, содержания диоксида углерода, железа, гумуса и других веществ. Удаление железа, которое происходит в фильтре, снижает значение рН воды. Для предотвращения этого обычно достаточно, чтобы значение рН фильтруемой грунтовой воды было отрегулировано перед фильтрацией до значения, которое рассчитывается заранее и поддерживается по существу неизменным, при этом значение зависит от расхода обрабатываемой воды, содержания железа в воде и щелочности воды. После фильтра значение рН воды измеряют при помощи отдельного измерительного прибора. Преимущественно, регулировку значения рН планируют перед процессом очистки исходя из конкретного случая для каждого источника грунтовой воды, так как способ зависит от значения рН, содержания железа и содержания гумуса в грунтовой воде. Например, источником грунтовой воды может быть скважина. Применение скважин проектируют таким образом, чтобы предотвратить неблагоприятные изменения качества воды. Технологический и детальный проекты обычно составляют для каждого источника грунтовой воды до начала работы процесса удаления железа. Расход кислоты оценивают на основе содержания железа в воде, и, следовательно, также может быть оценен требуемый уровень повышения кислотности. Такого предварительного проектирования часто бывает достаточно, причем в этом случае не требуется обратная связь по фильтру для указания значения рН воды, которая прошла через фильтр.The method in accordance with the present invention relates to the biological removal of iron and humus from groundwater with a high humus content. In this method, the pH of the water supplied to the filter is adjusted by adding acid to such a level that the pH of the filtered water after the filter is approximately 3.1 to 6.0, preferably 4.1 to 4.5. The adjustment depends on the water used, its alkalinity, content of carbon dioxide, iron, humus and other substances. The removal of iron that occurs in the filter lowers the pH value of the water. To prevent this, it is usually sufficient that the pH value of the groundwater being filtered is adjusted before filtration to a value that is calculated in advance and maintained substantially constant, the value depending on the flow rate of the water being treated, the iron content of the water and the alkalinity of the water. After the filter, the pH value of the water is measured using a separate measuring device. Mainly, the adjustment of the pH value is planned before the treatment process based on the specific case for each source of groundwater, since the method depends on the pH value, iron content and humus content in the groundwater. For example, the source of groundwater can be a well. The use of wells is designed in such a way as to prevent adverse changes in water quality. Technological and detailed designs are usually drawn up for each groundwater source before the iron removal process begins. The acid consumption is estimated based on the iron content of the water, and therefore the required level of acidification can also be estimated. This pre-design is often sufficient without requiring filter feedback to indicate the pH value of the water that has passed through the filter.
Тем не менее, применение системы обратной связи представляет собой более продвинутый способ регулировки рН и/или щелочности обрабатываемой воды. В этом случае значение рН воды, поступающей в фильтр, регулируется на основе значения рН выходящей фильтрованной воды. Согласно этому способу необходимо осуществить измерение значения рН фильтрованной воды и отрегулировать величину повышения кислотности воды, которая подается в фильтр, т.е. повысить или снизить количество кислоты на этапе повышения кислотности на основе результата измерения обратной связи.However, the use of a feedback system is a more advanced method of adjusting the pH and/or alkalinity of the treated water. In this case, the pH value of the water entering the filter is adjusted based on the pH value of the filtered water leaving. According to this method, it is necessary to measure the pH value of filtered water and adjust the amount of increase in acidity of the water that is supplied to the filter, i.e. increase or decrease the amount of acid during the acidification stage based on the feedback measurement result.
В способе биологического удаления железа и гумуса согласно настоящему изобретению создают благоприятные условия для осаждающих железо бактерий, и, следовательно, они могут оптимально осаждать железо в воде при удалении гумуса из воды.In the method of biological removal of iron and humus according to the present invention, favorable conditions are created for iron-precipitating bacteria, and therefore they can optimally precipitate iron in water when removing humus from water.
Удаление железа снижает щелочность и вместе с этим значение рН обрабатываемой воды, т.е. значение рН воды снижается в связи с удалением железа внутри фильтра. Преимущественно, рН и/или щелочность обрабатываемой воды регулируют до такого уровня, чтобы значение рН фильтрованной воды после фильтра составляло приблизительно от 3,1 до 6,0, преимущественно от 4,1 до 4,5. Регулировка может быть выполнена заранее на основе свойств обрабатываемой воды или при помощи системы обратной связи, такой как описана выше. Содержание железа в каждой грунтовой воде является характеристикой, присущей каждой конкретной области, и не является переменной для функционирования настоящего изобретения. Следовательно, автоматическая регулировка значения рН таким образом, чтобы оно было по существу неизменным относительно расхода воды, без системы обратной связи обычно не является проблемой для регулировки значения рН до надлежащего значения.Removing iron reduces the alkalinity and, at the same time, the pH value of the treated water, i.e. The pH value of the water decreases due to the removal of iron inside the filter. Advantageously, the pH and/or alkalinity of the treated water is adjusted to such a level that the pH value of the filtered water after the filter is from about 3.1 to 6.0, preferably from 4.1 to 4.5. The adjustment can be made in advance based on the properties of the water being treated or using a feedback system such as described above. The iron content of each groundwater is a characteristic characteristic of each specific area and is not a variable for the operation of the present invention. Therefore, automatically adjusting the pH value so that it is substantially constant with respect to water flow, without a feedback system, is usually not a problem for adjusting the pH value to the proper value.
Железо удаляется биологическим путем из воды в фильтре наряду с гумусом, прилипая к фильтровальному материалу. Фильтр промывают периодически, удаляя осадок в виде железа и гумуса, после чего фильтр может применяться повторно.Iron is removed biologically from the water in the filter along with humus, adhering to the filter material. The filter is washed periodically, removing sediment in the form of iron and humus, after which the filter can be reused.
Типичный процесс удаления железа в соответствии с настоящим изобретением включает:A typical iron removal process in accordance with the present invention includes:
- снижение значения рН при помощи кислоты, например серной кислоты;- lowering the pH value with an acid, such as sulfuric acid;
- аэрацию;- aeration;
- быструю фильтрацию.- fast filtration.
Если значение рН воды является низким, железо не может осаждаться химическим путем. Следовательно, засорение фильтра практически отсутствует. Железо, которое осаждается непосредственно на поверхности фильтровального материала, удаляет гумус из воды. Таким образом, гумус не препятствует удалению железа, в результате чего получают воду по существу без железа и с низким содержанием гумуса. Последующий процесс зависит от других качеств воды. Следующим этапом может быть, например, аэрация и известковая фильтрация.If the pH value of the water is low, iron cannot be chemically precipitated. Consequently, there is virtually no filter clogging. Iron, which is deposited directly on the surface of the filter material, removes humus from the water. Thus, humus does not interfere with the removal of iron, resulting in water that is essentially iron-free and low in humus. The subsequent process depends on other qualities of the water. The next stage could be, for example, aeration and lime filtration.
ПРЕИМУЩЕСТВА НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯADVANTAGES OF THE PRESENT INVENTION
Решению согласно настоящему изобретению присущи несколько преимуществ, которые, среди прочего, включают в себя следующее:The solution according to the present invention has several advantages, which include, inter alia, the following:
- снижение рН воды путем добавления кислоты, в результате чего предотвращается химическое окисление железа и обеспечивается эффективное удаление гумуса;- lowering the pH of water by adding acid, which prevents chemical oxidation of iron and ensures effective removal of humus;
- не требуется осаждающий агент (хлорид полиалюминия, сульфат двухвалентного железа);- no precipitating agent is required (polyaluminum chloride, ferrous sulfate);
- не требуется окисляющий агент (например, перманганат калия, гипохлорит натрия);- no oxidizing agent is required (for example, potassium permanganate, sodium hypochlorite);
- процесс является экологически безопасным;- the process is environmentally friendly;
- количество промывочной воды является незначительным;- the amount of rinsing water is insignificant;
- процесс может быть легко автоматизирован, что, следовательно, требует минимальных трудозатрат;- the process can be easily automated, which therefore requires minimal labor costs;
- низкие инвестиционные расходы;- low investment costs;
- значительно более низкие эксплуатационные расходы.- significantly lower operating costs.
Целью и основным преимуществом решения в соответствии с настоящим изобретением являются снижение эксплуатационных расходов и уменьшение разрушительных и вредных с точки зрения экологии воздействий на окружающую среду посредством автоматизированного процесса и отказа от применения дорогостоящих и загрязняющих окружающую среду химикатов. Еще одно преимущество заключается в том, что устройство является доступным для изготовления за счет его простой конструкции.The purpose and main advantage of the solution according to the present invention is to reduce operating costs and reduce destructive and environmentally harmful impacts on the environment through an automated process and elimination of the use of expensive and polluting chemicals. Another advantage is that the device is affordable to manufacture due to its simple design.
Благодаря решению в соответствии с настоящим изобретением можно обеспечить надежную, экологически безопасную и доступную эксплуатацию источников грунтовой воды в новых областях.Thanks to the solution in accordance with the present invention, it is possible to ensure reliable, environmentally friendly and affordable exploitation of groundwater sources in new areas.
СПИСОК ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВLIST OF GRAPHIC MATERIALS
Далее настоящее изобретение будет подробно описано с помощью примеров и со ссылкой на прилагаемые упрощенные и схематические графические материалы, гдеThe present invention will now be described in detail with the help of examples and with reference to the accompanying simplified and schematic drawings, where
на фиг. 1 представлено упрощенное и схематическое изображение устройства очистки воды, применяемого в способе в соответствии с настоящим изобретением;in fig. 1 is a simplified and schematic illustration of a water purification device used in the method according to the present invention;
на фиг. 2 представлено упрощенное и схематическое изображение устройства, показанного на фиг. 1, и присоединенного к нему устройства биофильтрации или известковой фильтрации в соответствии с предшествующим уровнем техники; иin fig. 2 is a simplified and schematic representation of the device shown in FIG. 1, and a biofiltration or lime filtration device connected thereto in accordance with the prior art; And
на фиг. 3 представлено упрощенное и схематическое изображение способа в соответствии с настоящим изобретением для удаления железа из грунтовой воды с высоким содержанием гумуса.in fig. 3 is a simplified and schematic illustration of a method according to the present invention for removing iron from groundwater with a high humus content.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
На фиг. 1 представлено преимущественное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением для удаления биологическим путем железа и гумуса из грунтовой воды. Преимущественно, устройство содержит впуск 1 для обрабатываемой воды, через который обрабатываемая вода подается в устройство 10. Впуск 1 может быть соединен, например, с подводящей трубой или трубопроводом. После впуска 1, если смотреть в направлении движения воды, устройство 10 содержит участок 2 повышения кислотности, который контактирует с обрабатываемой водой и посредством которого в обрабатываемую воду добавляют кислоту, чтобы снизить значение рН и/или щелочность воды. После участка 2 повышения кислотности, если смотреть в направлении движения воды, устройство 10 дополнительно содержит участок 3 аэрации, который содержит измерительное и регулировочное оборудование для измерения содержания кислорода в воде и его регулировки до желаемого уровня. Основной задачей участка 3 аэрации является добавление кислорода к обрабатываемой воде.In fig. 1 shows an
Если смотреть в направлении движения обрабатываемой воды, устройство 10 дополнительно содержит фильтр 4, в который предусматривается направление воды, выходящей из участка 3 аэрации. Фильтр 4 содержит фильтровальный материал 4а, который, например, преимущественно является песком. Не требуется автоматически регулировать количество воздуха, находящегося в воде, которая направляется в фильтр 4. Тем не менее устройство 10 содержит по меньшей мере один анализатор кислорода для измерения содержания воздуха в фильтрованной воде, выходящей из фильтра 4, а также для мониторинга эффективности аэрации. Однако содержание кислорода не является критичным при условии, что содержание кислорода достаточно высокое. Преимущественно, содержание кислорода определяется исходя из конкретного случая.If you look in the direction of movement of the treated water, the
Устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит выпуск 1а для фильтрованной воды, через который предусматривается прохождение фильтрованной воды для дополнительной обработки. Выпуск 1а преимущественно расположен в фильтре 4 после фильтровального материала 4а, если смотреть в направлении движения обрабатываемой воды.The
На фиг. 2 представлено упрощенное и схематическое изображение устройства 10, показанного на фиг. 1, и присоединенного к нему устройства 11 дополнительной обработки. Устройство 11 дополнительной обработки может быть известным из уровня техники устройством, при этом указанное устройство может содержать участок 3а аэрации для регулировки содержания кислорода в обрабатываемой воде. Кроме того, устройство 11 дополнительной обработки может содержать фильтр 5 после участка 3а аэрации, если смотреть в направлении движения воды, причем фильтр 5 содержит, например, известковый фильтр 5а для регулировки значения рН обрабатываемой воды. Преимущественно, фильтры 4 и 5 соединены друг с другом путем, например, присоединения выпуска 1а фильтрованной воды в фильтре 4 к впуску участка 3а аэрации устройства 11 дополнительной обработки при помощи, например, подходящей системы трубопроводов или каналов. Кроме того, фильтр устройства 11 дополнительной обработки содержит 1b, через который предусматривается дополнительное направление фильтрованной воды для последующей обработки. Преимущественно, выпуск 1b расположен в фильтре 5 после фильтровального материала 5а, если смотреть в направлении движения обрабатываемой воды.In fig. 2 is a simplified and schematic representation of the
Устройство 10 для биологического удаления железа и гумуса, представленное на фиг. 2, является модифицированной версией основной версии устройства и содержит систему 7 обратной связи, которая присоединена между выпуском 1а фильтра 4 и участком 2 повышения кислотности. Система 7 обратной связи содержит измерительный элемент 6 для измерения значения рН воды, причем измерительный элемент 6 также содержит оборудование для передачи данных измерений на участок 2 повышения кислотности. Соответственно, участок 2 повышения кислотности содержит оборудование для приема данных измерений и управления участком 2 повышения кислотности на основе данных измерений для дозирования добавляемой кислоты в обрабатываемую воду. Преимущественно, количество добавляемой кислоты должно поддерживаться таким образом, чтобы значение рН воды, которая была отфильтрована посредством фильтра 4, составляло приблизительно от 3,1 до 6,0, преимущественно от 4,1 до 4,5, на выпуске 1а фильтра 4. Оптимальное значение определяется исходя из конкретного случая.
На фиг. 3 представлено упрощенное и схематическое изображение способа в соответствии с настоящим изобретением для удаления железа из грунтовой воды с высоким содержанием гумуса.In fig. 3 is a simplified and schematic illustration of a method according to the present invention for removing iron from groundwater with a high humus content.
На первом этапе s1 способа в соответствии с настоящим изобретением обрабатываемую грунтовую воду направляют в устройство через впуск 1, а на втором этапе s2 на участок 2 повышения кислотности для подкисления, где кислоту добавляют к воде для снижения щелочности воды. Преимущественно, добавляемая кислота является серной кислотой, но вместо серной кислоты также могут применяться другие кислоты, такие как соляная кислота. После повышения кислотности следует третий этап s3, в ходе которого подкисленную воду направляют на участок 3 аэрации, где содержание кислорода в воде измеряют и регулируют до желаемого уровня. На четвертом этапе s4 подкисленную и аэрированную воду направляют далее в фильтр 4, где железо и гумус отфильтровывают из обрабатываемой воды при помощи фильтровального материала 4а, преимущественно песка, внутри фильтра 4. В фильтре 4 железо удаляется из воды по мере осаждения, когда железистые бактерии окисляют его биологическим путем, и, вместе с этим, осажденное железо захватывает с собой гумус, при этом как железо, так и гумус прилипают к фильтровальному материалу 4а. После фильтрации следует этап s5, в ходе которого обрабатываемую воду удаляют из устройства 10 через выпуск 1a и направляют на дополнительную обработку.In the first step s1 of the method according to the present invention, the treated groundwater is directed into the device through the
Регулировки повышения кислотности, аэрации и расхода воды преимущественно осуществляют заранее путем измерения таким образом, чтобы при прохождении через фильтр 4 содержания железа и гумуса и щелочность воды, причем щелочность может быть измерена опосредовано при помощи значения рН фильтрованной воды, снижались до желаемых значений.The adjustments for acidification, aeration and water flow are advantageously carried out in advance by measuring so that, when passing through the
Как описано выше, значение рН и/или щелочности обрабатываемой грунтовой воды преимущественно регулируют до такого уровня, что значение рН фильтрованной воды после фильтра 4 составляет приблизительно от 3,1 до 6,0, преимущественно от 4,1 до 4,5. Поскольку содержание железа в каждой грунтовой воде является характеристикой, присущей каждой конкретной области, и не является переменной для функционирования настоящего изобретения, регулировка значения рН может быть выполнена автоматически, чтобы быть по существу неизменной относительно расхода воды. Таким образом, регулировка может быть рассчитана заранее на основе свойств обрабатываемой воды, например, посредством измерения значения рН, содержания железа, щелочности, содержания гумуса и расхода воды и посредством регулировки повышения кислотности и аэрации, а также композиции и количества фильтровального материала таким образом, чтобы в результате получить фильтрованную воду, которая по существу не содержит железа и гумуса, при этом значение рН фильтрованной воды находится в желаемом диапазоне. Преимущественно, такого рода регулировку, которую выполняют заранее, время от времени корректируют при помощи новых измерений и испытаний.As described above, the pH and/or alkalinity of the treated ground water is advantageously adjusted to such a level that the pH value of the filtered water after
При необходимости система 7 обратной связи, которая присоединена преимущественно между выпуском 1а фильтра 4 и участком 2 повышения кислотности, может быть присоединена к устройству 10 для биологического удаления железа и гумуса в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае повышение кислотности обрабатываемой воды может точно регулироваться для получения фильтрованной воды равномерного качества, даже если свойства поступающей воды изменяются по какой-либо причине или фильтрующая способность фильтровального материала 4а изменяется в ходе эксплуатации. В этом случае измеряют значение рН воды, выходящей из выпуска 1а устройства 10, и данные измерений передают на участок 2 повышения кислотности либо непрерывно, либо периодически для применения в качестве данных регулирования, причем на участке 2 повышения кислотности количество добавляемой в воду кислоты регулируют на основе результатов измерения таким образом, чтобы на выпуске 1а фильтра 4 значение рН воды, которая была отфильтрована при помощи фильтра 4, было максимально устойчивым и составляло приблизительно от 3,1 до 6,0, преимущественно от 4,1 до 4,5.If necessary, a feedback system 7, which is preferably connected between the
Основная идея настоящего изобретения представляет собой по существу биологическое решение без применения химикатов для удаления железа и гумуса, которое включает в своем самом простом варианте только этап s2 повышения кислотности, этап s3 аэрации и этап s4 фильтрации без какой-либо обработки химикатами.The basic idea of the present invention is an essentially biological, chemical-free solution for removing iron and humus, which includes, in its simplest form, only an acidification step s2, an aeration step s3 and a filtration step s4 without any chemical treatment.
Специалисту в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше примерами, но может варьировать в пределах объема представленной ниже формулы изобретения.It will be apparent to one skilled in the art that the present invention is not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims below.
Кроме того, специалисту в данной области техники очевидно, что фильтры устройства для удаления железа и устройства дополнительной обработки могут представлять собой, например, фильтровальные элементы.In addition, one skilled in the art will appreciate that the filters of the iron removal device and the post-treatment device may be, for example, filter elements.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20195391 | 2019-05-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021135096A RU2021135096A (en) | 2023-06-13 |
| RU2818213C2 true RU2818213C2 (en) | 2024-04-25 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158231C2 (en) * | 1998-10-01 | 2000-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Дальхитосорб" | Method of water purification from hums substances and iron |
| WO2007052085A1 (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Aristotle University Thessaloniki | Method for groundwater treatment |
| CN101070528A (en) * | 2007-06-01 | 2007-11-14 | 广东省生态环境与土壤研究所 | Comamonas iron reducing bacteria and its application |
| CN102216227A (en) * | 2008-10-13 | 2011-10-12 | 托维维拉矿业有限公司 | Process for extracting iron from an aqueous acid solution |
| CN102674620A (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-19 | 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 | Combined strengthening treatment process for high organic matter and metal micro-polluted raw water |
| RU2492147C2 (en) * | 2011-12-09 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of purifying underground water from stable forms of iron |
| JP2014087731A (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Okumura Corp | Processing device and processing method for waste water containing heavy metal |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158231C2 (en) * | 1998-10-01 | 2000-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Дальхитосорб" | Method of water purification from hums substances and iron |
| WO2007052085A1 (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Aristotle University Thessaloniki | Method for groundwater treatment |
| CN101070528A (en) * | 2007-06-01 | 2007-11-14 | 广东省生态环境与土壤研究所 | Comamonas iron reducing bacteria and its application |
| CN102216227A (en) * | 2008-10-13 | 2011-10-12 | 托维维拉矿业有限公司 | Process for extracting iron from an aqueous acid solution |
| RU2493110C2 (en) * | 2008-10-13 | 2013-09-20 | Талвивааран Кайвососакейхтиё Ойй | Method of iron separation from acidic water solution |
| CN102674620A (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-19 | 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 | Combined strengthening treatment process for high organic matter and metal micro-polluted raw water |
| RU2492147C2 (en) * | 2011-12-09 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of purifying underground water from stable forms of iron |
| JP2014087731A (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Okumura Corp | Processing device and processing method for waste water containing heavy metal |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Б.Е. Рябчиков "Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования", Москва "ДеЛи принт", 2004, с.203. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ozbey-Unal et al. | Treatment of organized industrial zone wastewater by microfiltration/reverse osmosis membrane process for water recovery: From lab to pilot scale | |
| O'Melia | Coagulation and sedimentation in lakes, reservoirs and water treatment plants | |
| SE452309B (en) | PROCEDURE FOR WASTE WATER TREATMENT | |
| CN105384316A (en) | Electronic industrial fluoride, ammonia and nitrogen-containing wastewater treatment method | |
| CN110272158A (en) | A kind of high salt, high organic matter and high rigidity wastewater treatment method | |
| Shafiquzzaman | Effect of pre-aeration on the removal of arsenic and iron from natural groundwater in household based ceramic filters | |
| RU2565175C2 (en) | Method of water treatment | |
| CN107840529A (en) | A kind of efficient denitrification denitrogenation technique of brine waste | |
| EP2701827A1 (en) | Method for treatment of sludge from water and wastewater treatment plants with chemical treatment | |
| RU2818213C2 (en) | Method and device for removal of iron from water with high content of humus | |
| RU2593877C2 (en) | Method for cleaning discharge fluids from phosphates and sulphates | |
| Smith et al. | Improving biological phosphorus removal in membrane bioreactors–a pilot study | |
| US12122700B2 (en) | Method and apparatus for removing iron from humus-rich water | |
| JP3382766B2 (en) | Method and apparatus for treating human wastewater | |
| CN215559585U (en) | Purification system of MBR play water that landfill leachate handled | |
| JP3614251B2 (en) | Method for suppressing hydrogen sulfide in sewage treatment | |
| JP4543656B2 (en) | Water treatment method and water treatment apparatus | |
| Stendahl et al. | The REAL process–a process for recycling sludge from water works | |
| JPS61204081A (en) | How to treat human waste water | |
| JP3195495B2 (en) | Coagulation sedimentation method and equipment | |
| KR100882228B1 (en) | Apparatus for treating wastewater containing perchlorate and its treatment method | |
| JP5351406B2 (en) | Aggregation filtration treatment method and aggregation filtration treatment apparatus | |
| CN112694202A (en) | MBR effluent purification system for landfill leachate treatment and purification method thereof | |
| Dosoretz et al. | Fouling in microirrigation systems applying treated wastewater effluents | |
| JP2008023417A (en) | Water purifying apparatus and water purifying method |