KONOV MAGOMET ABUBEKIROVICH (RU)
KHAMIZOV RUSLAN KHAZHSETOVICH (RU)
KONOV MAGOMET ABUBEKIROVICH (RU)
| RU99117320A | 2001-06-20 | |||
| RU2076846C1 | 1997-04-10 | |||
| RU2136608C1 | 1999-09-10 | |||
| RU2047558C1 | 1995-11-10 | |||
| JPS5440291A | 1979-03-29 | |||
| FI923954A | 1994-03-04 | |||
| RU2238788C1 | 2004-10-27 | |||
| RU2241535C1 | 2004-12-10 | |||
| SU947077A1 | 1982-07-30 | |||
| RU2136608C1 | 1999-09-10 | |||
| RU99117320A | 2001-06-20 | |||
| RU99117320A | 2001-06-20 |
ZHURBA M.G. ET AL.: "Vodosnabzhenie, Proektirovanie sistem i sooruzheny", IZDATELSTVO ASSOTSIATSII STROITELNYKH VUZOV, 2004, pages 269 - 270, XP008136175
KOGANOVSKY A.M. ET AL.: "Ochistka i ispolzovanie stochnykh vod v promyshlennom vodosnabzhenii", KHIMIYA, 1983, pages 224 - 225
YAKOVLEV S.Y. ET AL.: "Vodootvedenie i ochitska stochnykh vod", IZDATELSTVO ASSOTSIATSII STROITELNYKH VUZOV, 2002, pages 379
See also references of EP 2011767A4
NOVITSKY E.G.; KHAMIZOV R.KH.: "Encyclopedia of life support systems", vol. III, 2002, EOLSS PUBL.CO., article "Knowledge base for sustainable development", pages: 305 - 325
KUL'SKY L.A.; STROKACH P.P.: "Tekhnologiya ochistki prirodnykh vod", 1986, VYSSHAYA SHKOLA PUBL., pages: 193 - 222
NOVITSKY E.G.; KHAMIZOV R.KH: "Encyclopedia of life support systems", vol. III, 2002, EOLSS PUBL.CO., article "Knowledge base for sustainable development", pages: 305 - 325
KUL'SKIJ L.A.; STROKACH P.P.: "Tekhnologiya ochistki natural'nykh vod", 1986, VYSSHAYA SHKOLA, pages: 193 - 222
NEMODRUK A.A.; KARALOVA Z.K.: "Analiticheskaya khimiya bora", 1961, NAUKA, pages: 48
формула изобретения
1. способ водоподготовки, включающий фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита с периодической промывкой его водным или водно-воздушным методом, отличающийся тем, что используют серпентинит с размером гранул 0, 15 í 2 мм и дополнительно проводят периодическую обработку слоя серпентинита щелочным раствором с интервалом не более того, при котором имеет место «пpocкoк» наименее сорбируемого загрязняющего компонента выше его предельно-допустимой концентрации.
2. способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора используют раствор гидроксида натрия, калия, аммония или кальция, либо раствор карбоната натрия или калия, либо их смеси в различных комбинациях с щелочностью не менее 0,01 г- экв/л.
3. способ по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что обработку щелочным раствором проводят его фильтрацией через слой гранулированного серпентинита в направлении по ходу потока фильтрации при очистке воды или в противоположном направлении.
4. способ по п. 3, отличающийся тем, что длительность обработки щелочным раствором или объем щелочного раствора определяют из условия, что десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.
5. способ по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что длительность обработки щелочным раствором или объем щелочного раствора определяют из условия, что десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.
6. способ по любому из п.п. 1, 2, 4, отличающийся тем, что в начале каждого фильтроцикла первую порцию полученной воды, соответствующую 3í5 объемам слоя гранулированного серпентинита, отделяют от дальнейших порций очищенной воды и используют для приготовления щелочного раствора для обработки серпентинита в следующем цикле.
7. способ по п. 3, отличающийся тем, что в начале каждого фильтроцикла первую порцию полученной воды, соответствующую 3í5 объемам слоя гранулированного серпентинита, отделяют от дальнейших порций очищенной воды и используют для приготовления щелочного раствора для обработки серпентинита в следующем цикле.
8. способ по п. 5, отличающийся тем, что в начале каждого фильтроцикла первую порцию полученной воды, соответствующую 3í5 объемам слоя гранулированного серпентинита, отделяют от дальнейших порций очищенной воды и используют для приготовления щелочного раствора для обработки серпентинита в следующем цикле.
9. способ по любому из п.п. 1, 2, 4, 7, 8, отличающийся тем, что фильтрацию воды проводят через два или большее число по- следовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита, при этом длительность фильтроцикла определяют по «пpo- cкoкy» наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего обрабатывают щелочным раствором слой, который был первым по ходу потока.
10. способ по п. 3, отличающийся тем, что фильтрацию воды проводят через два или большее число последовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита, при этом длительность фильтроцикла определяют по «пpocкoкy» наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего обрабатывают щелочным раствором слой, который был первым по ходу потока.
11. способ по п. 5, отличающийся тем, что фильтрацию воды проводят через два или большее число последовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита, при этом длительность фильтроцикла определяют по «пpocкoкy» наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего обрабатывают щелочным раствором слой, который был первым по ходу потока.
12. способ по п. 6, отличающийся тем, что фильтрацию воды проводят через два или большее число последовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита, при этом длительность фильтроцикла определяют по «пpocкoкy» наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего обрабатывают щелочным раствором слой, который был первым по ходу потока.
13. способ по п. 9, отличающийся тем, что одновременно с фильтрацией воды через несколько указанных слоев осуществляют обработку щелочным раствором еще одного слоя, этот обработанный щелочным раствором слой используют в следующем цикле фильтрации в качестве последнего по ходу потока слоя, а этим слоем заменяют первый слой, который направляют на обработку щелочным раствором.
14. способ по любому из п.п. 10, 11, 12, отличающийся тем, что одновременно с фильтрацией воды через несколько указанных слоев осуществляют обработку щелочным раствором еще одного слоя, этот обработанный щелочным раствором слой используют в следующем цикле фильтрации в качестве последнего по ходу потока слоя, а этим слоем заменяют первый слой, который направляют на обработку щелочным раствором. |
способ водоподготовки
область техники
изобретение относится к способам водоподготовки, а именно, очистки воды от механических взвесей и загрязняющих растворенных веществ путем ее фильтрации через гранулированные материалы.
предшествующий уровень техники
известны способы водоподготовки, включающие очистку воды путем ее фильтрации через природные и техногенные гранулированные материалы, такие, как кварцевый песок, глины, природные и искусственные цеолиты, активированный оксид алюминия, а также другие известные сорбционные и ионообменные органические и неорганические материалы: епсусlореdiа оf lifе suрроrt sуstеms.-V.пL- кпоwlеdgе bаsе fоr sustаiпаblе dеvеlорmепt/Nоvitskу E.G., кhаmizоv R.Kh.//Chapter 8.-Water апd wаstе wаtеr trеаtmепt- охfоrd, Uk.: EOLSS рubl.со., 2002, рр. 305-325 [I]; кульский л.A., строкач п.п. технология очистки природных вод.- киев., «Bыcшaя шкoлa», 1986, ее. 193-222 [2].
основным недостатком этих способов является невозможность осуществления комплексной очистки воды с использованием одного и того же материала. например, для обеспечения очистки воды от группы наиболее распространенных загрязняющих веществ, таких, как железо, марганец, фтор, бор, цветные и тяжелые
металлы, приходится использовать целый набор гранулированных сорбционных и ионообменных материалов.
известны способы водоподготовки с использованием специально синтезированных фильтрующих и сорбционных материалов, обеспечивающих групповую очистку воды от таких компонентов, как железо, марганец и тяжелые металлы: патент рф N« 2238788, опубл. 27.10.2004 [3]; патент рф íNs 2241535, опубл. 10.12.2004 [4].
одним из основных компонентов таких материалов являются слаборастворимые вещества, обладающие подщелачивающим буферным действием. при соприкосновении с поверхностью такого твердофазного буфера ускоряется коагуляция гидроксида железа, обладающего, в свою очередь, сорбционной активностью по отношению к ионам тяжелых металлов. основным недостатком таких способов является относительная дороговизна сорбционных материалов, содержащих специальным образом нанесенный искусственный каталитический слой оксида марганца или других металлов, ускоряющих процесс окисления двухвалентного железа. другим недостатком является ограниченность ассортимента загрязняющих компонентов, удаляемых из воды. вместе с тем, известен перспективный для водоподготовки класс природных материалов - серпентинитов, содержащих группу минералов, основным из которых является серпентин, представляющий собой гидроксисиликат магния. указанный минерал в существенной степени сохраняет основные свойства гидроксида магния, обладающего подщелачивающим буферным свойством и дополнительной сорбционной активностью к таким компонентам как фтор и бор. в то же время, в отличие от
гидроксида магния, гидроксисиликат обладает прочностью гранул, соизмеримой с прочностью силикатных материалов и кварцевого песка. помимо серпентина, серпентинит содержит также примеси гидратированных оксидов металлов: алюминия, железа, марганца, которые представляют собой естественные катализаторы. указанный материал был использован ранее для очистки сточных вод (авторское свидетельство ссср JVa 947077, опубл. 30.07.1982 [5]).
известен способ очистки воды открытых водоемов от закис- ления и от ионов тяжелых металлов, включающий обработку воды добавлением в нее пылевидного серпентинита, предварительно подверженного термоактивации при температуре 650 - 820 ° C (патент рф JYo 2136608, опубл. 10.09.99 [6]).
основным недостатком этого способа является его дороговизна, связанная с необратимой потерей материала, специально подготовленного энергозатратным методом.
наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ водоподготовки по российской патентной заявке Ns 991173207, опубл. 20.06.2001 [7], включающий очистку воды от механических взвесей и растворенных веществ путем ее фильтрации через слой гранулированного серпентинита, который периодически промывают обратным потоком воды с высокой скоростью, обеспечивающей разрыхление верхнего сорбирующего слоя, или предварительно продувают воздухом, а затем промывают водой.
недостатком данного способа является постепенное снижение сорбционной активности серпентинита из-за необратимого
«зapacтaния» поверхности гранул сорбента продуктами взаимодействия гидроксисиликата магния с компонентами очищаемой воды. другим недостатком этого способа является ограниченность ассортимента извлекаемых из воды загрязняющих компонентов в связи с малой сорбционной активностью природного необработанного серпентинита, или серпентинита обработанного только водой и воздухом, к тяжелым металлам, а также соединениям бора и фтора.
предлагаемым изобретением решается задача получения технического результата, заключающегося в улучшении качества очищенной воды и удешевлении процесса водоподготовки за счет повышения сорбционной активности серпентинитного материала, в расширении ассортимента извлекаемых загрязняющих компонентов, а также в увеличении продолжительности эксплуатации единовременной загрузки гранулированного материала. получаемый технический результат заключается также в том, что гарантируется снабжение потребителя свежеочищенной водой, соответствие которой установленным требованиям достигается непосредственно в процессе очистки, без усреднения ее состава и необходимости иметь для этого запас очищенной воды.
раскрытие изобретения
предлагаемый способ водоподготовки, как и наиболее близкий к нему, известный из заявки [7], включает фильтрацию воды через слой гранулированного серпентинита и периодическую промывку его водным или водно-воздушным методом.
для получения указанного технического результата, в отличие от способа, известного из заявки [7], используют серпентинит с
размером гранул 0, 15 í 2 мм и дополнительно проводят периодическую обработку слоя серпентинита щелочным раствором с интервалом не более того, при котором имеет место «пpocкoк» наименее сорбируемого загрязняющего компонента выше его предельно- допустимой концентрации.
указанный технический результат достигается при использовании растворов любых щелочей, так как при щелочной обработке, как было установлено авторами, серпентинит приобретает свойства неорганического анионообменника с повышенной концентрацией гидроксильных групп на внешней поверхности гранул и развитой внутренней поверхности пор. это приводит к селективной сорбции ряда анионов, таких как анионы бора и фтора, а также к коагуляции соединений железа и марганца и сорбции катионов цветных и тяжелых металлов. при этом возможность достижения указанного технического результата не зависит от концентрации щелочного раствора. последняя влияет лишь на показатели эффективности процесса: соотношение объема очищенной воды с объемом щелочи, уровень сорбционной активности и т.п.
при размере гранул серпентинита менее 0,15 мм для прокачки воды через слой требуется давление более 0,6 мпа, что ставит специфические требования к оборудованию. при размерах гранул, превышающих 2 мм, поверхностная емкость серпентинита к загрязняющим компонентам, а также скорость процесса их сорбции уменьшаются настолько, что материал становится практически инертным, т.е. теряет сорбционную активность.
благодаря указанному выбору верхней границы интервала периодичности обработки слоя серпентинита щелочным раствором
снабжение потребителя очищенной водой может быть обеспечено независимо от наличия условий для ее накопления и усреднения состава.
кроме того, при таком выборе указанного интервала становятся некритичными такие параметры процесса, как продолжительность обработки щелочным раствором и объем этого раствора, поскольку требования к качеству очистки выполняются в любом случае.
для того, чтобы обеспечить возможность осуществления дальнейших фильтроциклов очистки воды с повторяющемся ее качеством, продолжительность обработки щелочным раствором и объем указанного раствора могут быть определены, например, из условия, что должно быть десорбировано не менее 90% наиболее сорбируемого загрязняющего компонента, извлеченного из очищаемой воды в ходе предыдущего цикла ее фильтрации.
наиболее целесообразно использовать в качестве щелочного раствора растворы гидроксидов натрия, калия, аммония, кальция, а также карбонаты натрия и калия, или их смеси в различных комбинациях с щелочностью не менее 0,01 г-экв/л. при меньших концентрациях и продолжительном использовании одной и той же единовременной загрузки гранулированного материала объем очищенной воды становится соизмеримым с объемом раствора щелочи для обработки. верхняя граница концентрации не критична и может быть близка к растворимости. однако ясно, что нецелесообразно выбирать концентрацию, выше которой не наблюдается дальнейшего увеличения сорбционной активности.
обработку щелочным раствором можно проводить его фильтрацией через слой гранулированного материала как в направлении по ходу потока фильтрации при очистке воды, так и в противоположном направлении.
преимуществом фильтрации в прямом направлении является возможность ее проведения под небольшим давлением. преимуществом фильтрации в обратном направлении является возможность сокращения расхода щелочного раствора, что связано с более глубокой очисткой нижней части слоя серпентинита (определяющей "проскок" загрязняющих компонентов).
предлагаемый способ может осуществляться, например, таким образом, что в начале каждого фильтроцикла первую порцию полученной воды, соответствующую 3í5 объемам слоя гранулированного материала, отделяют от дальнейших порций очищенной воды и используют для приготовления щелочного раствора для обработки серпентинита в следующем цикле в этом случае достигаются сокращение расхода щелочи и полнота вытеснения щелочного раствора из слоя гранулированного серпентинита, с учетом его свойств, с целью недопущения попадания этого раствора в очищенную воду.
фильтрацию воды в предлагаемом способе предпочтительно проводить через два или более последовательно расположенных слоев гранулированного серпентинита. при этом длительность фильтроцикла можно определять по "проскоку" наименее сорбируемого загрязняющего компонента через последний по ходу потока слой, после чего проводить обработку щелочным раствором слоя,
который был первым по ходу потока. при такой реализации предлагаемого способа повышается степень отработанности серпентинита по загрязняющим компонентам, что, в конечном итоге, приводит к сокращению расхода щелочного раствора.
кроме того, в этом случае одновременно с фильтрацией воды через несколько последовательно расположенных слоев можно проводить обработку щелочным раствором еще одного слоя, не участвующего в данный момент в фильтрации, и по окончании обработки использовать этот слой для замены последнего по ходу потока фильтрующего слоя, которым заменять первый фильтрующий слой, направляемый на обработку щелочным раствором. при такой реализации предлагаемого способа обеспечивается возможность непрерывного процесса очистки воды.
предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.
краткое описание фигур чертежей
на фиг. 1 представлена выходная кривая сорбции железа из природной воды с повышенной концентрацией двухвалентного железа на гранулированном серпентините, обработанном раствором щелочи, в сравнении с выходной кривой на необработанном мате- ) риале.
на фиг. 2 и фиг. 3 представлены выходные кривые сорбции фтора, специально добавленного в водопроводную воду, на обработанном щелочью серпентините и кривые десорбции фтора из сорбента раствором щелочи в двух последовательных циклах сорбции- регенерации.
на фиг. 4 и фиг. 5 представлены выходные кривые сорбции бора из опресненной морской воды на обработанном серпентините и кривые десорбции бора из сорбента раствором щелочи в двух последовательных циклах сорбции-регенерации.
на фиг. 6 представлена схема установки, использованной для опытно-промышленных испытаний технологии водоподготовки на основе предлагаемого способа.
варианты осуществления изобретения
в описываемых ниже примерах приведены результаты экспериментальных исследований, в которых имитировались условия осуществления предлагаемого способа. в таблицах 1 и 2 представлены результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний по подготовке питьевой воды с использованием природной артезианской воды.
пример 1.
использовались четыре одинаковых ионообменных лабораторных колонки с внутренним диаметром 0,8 см и высотой 20 см, в которые загружали по 5 мл следующих гранулированных материалов:
в колонку N2l - серпентинит веденского месторождения с размером гранул 2í3 мм; в колонку N°2 - такой же серпентинит с размерами гранул 0,5í2 мм; в колонку N°3 - такой же серпентинит с размерами гранул 0,5í2 мм, предварительно обработанный щелочным раствором;
в колонку N°4 - кварцевый песок с размером гранул 0,8íl,2
MM.
для обработки щелочным раствором через колонку JNаз со скоростью 15 мл/ч пропускали 60 мл од % раствора NaOH со щелочностью 0,025 г-экв/л. один и тот же испытуемый раствор подавали в колонки из напорных емкостей, снабженных гидравлическим устройством для поддержания постоянной скорости.
для приготовления испытуемого модельного раствора использовали воду московского водопровода с добавлением заданного количества железа в виде рассчитанного количества раствора 0,1 н соли мора (Fe +11 ) до концентрации 1,45 мг/л по железу. для стабилизации исходного раствора в него добавляли органический ком- плексообразователь - аскорбиновую кислоту - до концентрации 10 мг/л. исследуемый раствор пропускали через каждую из колонок со скоростью 50 мл/ч (10 колоночных объемов в час). растворы, выходящие из колонок, отбирали в виде фракций по 25 мл, которые анализировали на содержание железа.
из данных фиг. 1 видно, что в исследуемых условиях на образцах из колонок N2l и N°4 (крупнозернистый серпентинит и кварц) проскок целевого компонента наблюдается, как видно из выходных кривых 1 и 4 уже в первых пробах фильтрата. при пропускании порядка 100 мл исследуемого раствора (примерно 20 колоночных объемов) его содержание становится практически одинаковым с исходным. емкость по железу для них составляет около 0,65 и 3,2 мг/г, соответственно.
для образца из колонки N22 (выходная кривая 2) наблюдается сорбция железа из 200 колоночных объемов (1000 мл). при этом накопление железа в слое исследуемого сорбента составляет приблизительно 108 мг/г.
для образца из колонки N°3, обработанного щелочью (выходная кривая 3), наблюдается наибольшая степень очистки от железа. исходная концентрация железа, соответствующая линии 5, не достигается в фильтрате за время эксперимента. при этом накопление железа в слое исследуемого сорбента за составляет приблизительно 245 мг/г.
пример 2.
в экспериментах по очистке воды от фтора использовали ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,8 см и высотой 20 см, в которую загружали 5 мл серпентинита с крупностью гранул 0,5í1.2 мм.
последовательно осуществляли перечисленные ниже операции.
а. через колонку пропускали 60 мл 1% раствора NaOH (0,25 г-экв/л по щелочности) со скоростью 15 мл/ч (3 колоночных объема в час).
б. далее через колонку пропускали испытуемый раствор из напорной емкости, снабженной гидравлическим устройством для поддержания постоянной скорости. для приготовления испытуемого модельного раствора использовали воду московского водопровода с добавлением заданного количества фтора в виде рассчитан-
ного количества фторида натрия до концентрации 3,65 мг/л по фтору. пропускание через колонку проводили со скоростью 50 мл/ч (10 колоночных объемов в час). раствор, выходящий из колонки, отбирали в виде фракций по 25 мл, которые анализировали на со- i держание фторида методом ионной хроматографии.
в. повторяли все операции по п. а.
г. повторяли все операции по п. б.
д. повторяли все операции по п. а.
на фиг. 2 представлена выходная кривая 6 сорбции для пер- ι вого цикла, которая остается ниже линии 8 исходной концентрации. сорбция фторида продолжается при пропускании более 800 мл исходного раствора, т.е. до 160 колоночных объемов. представленная на фиг. 2 кривая 7 сорбции фторида во втором цикле практически полностью идентична соответствующей кривой 6 для первого цикла.
всего сорбировано в первом цикле: 0,731 мг фтора ( 0,146 мг/г сорбента). сорбировано во втором цикле 0,688 мг фтора ( 0,14 мг/г сорбента). на фиг. 3 представлены выходные кривые 9 и 10 десорбции фторида (регенерации сорбента), соответственно, после первого и второго циклов очистки воды, проведенных, как описано выше. кривые практически идентичны. десорбировано в первом цикле регенерации: 0,686 мг фтора (0,14 мг/г сорбента). десорбировано во втором цикле регенерации: 0,689 мг фтора (0,14 мг/г сорбента).
приведенный пример иллюстрирует возможность селективной сорбции фторидов на серпентините для очистки воды от фтора и сохранение материалом, обработанным щелочным раствором, сорбционных свойств по отношению к фторидам.
пример 3.
в экспериментах по очистке воды от бора использовали модельный раствор опресненной морской воды следующего состава: NaCl - 0,73 г/л; MgSO 4 - 0,20 г/л, в - 1,5 мг/л (Na 2 B 4 O 7 • 1 OH 2 O- 13,8 мг/л). использовали ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,8 см " и высотой 20 см, в которую загружали 5 мл серпентинита с крупностью гранул 0,5í1.2 мм.
последовательно осуществляли перечисленные ниже операции.
а. через колонку пропускали 50 мл 1% раствора NaOH (0,25 г-экв/л по щелочности) со скоростью 15 мл/ч (3 колоночных объема в час).
б. далее через колонку пропускали испытуемый раствор из напорной емкости, снабженной гидравлическим устройством для поддержания постоянной скорости. пропускание через колонку проводили со скоростью 25 мл/ч (5 колоночных объемов в час). раствор, выходящий из колонки, отбирали в виде фракций по 25 мл, которые анализировали на содержание бора по методике, основанной на комплексообразовании борной кислоты с маннитом, описанной в монографии: немодрук а. а., каралова 3. к. аналитическая химия бора.- M.: наука, 1961, с. 48 [8]. для фиксирования
точки эквивалентности в качестве индикатора использовали фенолфталеин.
в. повторяли все операции по п. а.
г. повторяли все операции по п. б.
д. повторяли все операции по п. а.
на фиг 4 представлена выходная кривая 11 сорбции для первого цикла, которая остается ниже линии 13 исходной концентрации.
сорбция бора продолжается при пропускании более 750 мл исходного раствора, т.е. до 150 колоночных объемов. представленная на фиг. 4 выходная кривая 12 сорбции фторида во втором цикле практически идентична соответствующей кривой 6 для первого цикла.
всего сорбировано в первом цикле: 0,62 мг бора ( 0,125 мг/г сорбента). сорбировано во втором цикле 0,69 мг бора ( 0,14 мг/г сорбента).
на фиг. 5 представлены выходные кривые 14 и 15 десорбции бора (регенерации сорбента), соответственно, после первого и второго циклов очистки модельного раствора. кривые практически идентичны.
десорбировано в первом цикле регенерации: 0,61 мг бора (0,12 мг/г сорбента). десорбировано во втором цикле регенерации: 0,64 мг бора (0,13 мг/г сорбента).
данный пример иллюстрирует возможность селективной сорбции бора на серпентините и сохранение материалом, обрабо-
тайным щелочным раствором, сорбционных свойств по отношению к бору.
пример 4.
в качестве исходного обрабатываемого раствора использовали артезианскую воду состава, представленного в столбце 4 таблицы 1. использовали ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,8 см' и высотой 20 см, в которую загружали : серпентинит: объемом 5 мл с крупностью гранул 0,5í1.2 мм.
через колонку пропускали 80 мл 0,5% раствора NaOH (0.13 г-экв/л по щелочности) со скоростью 15 мл/ч (3 колоночных объема в час). далее через колонку пропускали 850 мл испытуемого раствора со скоростью 50 мл/ч (10 колоночных объемов в час). раствор, выходящий из колонки, отбирали в виде одной общей фракции и анализировали на содержание железа, фтора, бора и цветных металлов с использованием перечисленных выше методик, а также метода атомно-абсорбционной спектрометрии.
полученные результаты, представленные в столбце 5 таблицы 1, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее гигиеническим нормативам для питьевой воды (столбец 3 таблицы 1 ).
пример 5.
проводили все операции аналогично примеру 4, с той разницей, что в качестве щелочного раствора использовали 1% раствор кальцинированной соды - Na 2 COз (0,2 г-экв/л по щелочности).
полученные результаты, представленные в столбце 6 таблицы 1, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее гигиеническим нормативам для питьевой воды.
пример 6.
проводили все операции аналогично примеру 4, с той разницей, что в качестве щелочного раствора использовали 250 мл 0,09 % раствора Ca(OH) 2 (0,025 г-экв/л по щелочности), который пропускали через колонку со скоростью 25 мл/ч (5 колоночных объемов в час).
полученные результаты, представленные в столбце 7 таблицы 1 , демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее нормативам для питьевой воды.
таблица 1 результаты лабораторных опытов по очистке воды
пример 7
были проведены опытно-промышленные испытания по водо- подготовке, включающей комплексную очистку артезианской воды с использованием установки, показанной на фиг. 6.
на этой фигуре:
16 - исходная емкость для щелочного раствора;
17 - насос для подачи щелочного раствора;
18, 19 - сорбционные фильтры с загрузкой по 1 м 3 гранулированного серпентинита с размером гранул 0,8 - 1,2 мм;
20 - промежуточная емкость для исходной воды;
21 - насос для подачи исходной воды на сорбционные фильтры;
22 - емкость-сборник для очищенной воды;
23 - насос для взрыхления фильтров и для раздачи очищенной воды;
24, 25 - пробоотборники;
26 - канализационный сток;
27 - распылительная насадка;
28- линия подачи очищенной воды к потребителю;
29-56 - клапаны (краны);
57- склад (емкость) мокрого хранения щелочи, смонтированный по стандартной схеме, включая насос подачи концентрированного раствора щелочи.
очистке подвергали исходную артезианскую воду состава, представленного в столбце 4 таблицы 2.
процесс опытно-промышленных испытаний с использованием установки, показанной на фиг. 6, включал проведение последовательности перечисленных ниже операций.
а. щелочной раствор, представляющий собой 1% раствор NaOH, забираемый из емкости 16 с помощью насоса 17, пропускают через сорбционный фильтр 18 со скоростью 4 м 3 /ч в течение 2,5 часов. полученный на выходе из фильтра раствор направляют в канализационный сток 26 и далее - на очистные сооружения. при проведении указанных операций открыты клапаны 29-32. остальные клапаны закрыты.
б. исходную воду подают в промежуточную емкость 20 через распылительную насадку 27 для обеспечения необходимого содержания в ней воздуха. воду забирают из емкости с помощью на- соса 21 и пропускают через фильтр 18 с расходом 10 м /ч. выходящий из фильтра 18 раствор в течение 30 минут подают в емкость 16 для приготовления щелочного раствора (всего подают 5 м 3 ) для следующего цикла регенерации. необходимый режим пропускания на этой стадии обеспечивают открытием показанных на фиг. 6 клапанов 33-38 при прочих закрытых клапанах. затем выходящий раствор направляют в сорбционный фильтр 19 и продолжают процесс в режиме последовательного пропускания через фильтры 18 и 19, производя соответствующие переключения с помощью клапанов 38, который закрывают, и 39, 41,42, которые открывают. очищенную
воду направляют в емкость-сборник 22, откуда насосом 23 подают ее потребителю через линию 28 при открытых клапанах 43 и 55.
в ходе процесса водоподготовки очищенную воду периодически, один раз в 2 часа, анализируют по содержанию в ней фтора, как наименее сорбируемого компонента. для проведения анализов пробы очищенной воды отбирают через пробоотборник 25. процесс очистки прекращают при достижении концентрации фтора в выходящем растворе выше 1,2 мг/л. всего очищают 145 м 3 исходной воды.
усредненный состав очищенной воды, рассчитанный на основании анализов всех проб, представлен в таблице 2 в столбце 5.
в. с помощью насоса 23 очищенную воду подают на фильтр 18 в направлении потока снизу-вверх со скоростью 30 м /ч в течение 5 минут. указанная операция обеспечивает взрыхление загрузки сорбционного материала и удаление практически всего количества удаленного из воды железа в виде светлой суспензии его гидрокси- да. указанную суспензию направляют в канализацию 26 и далее - на очистные сооружения. для проведения перечисленных операций предварительно открывают клапаны 43-46 и закрывают все остальные. после проведения указанной операции взрыхления завершается 1 цикл переработки воды.
г. в емкость 16 подают дополнительно 5 м 3 водопроводной воды воды через клапан 47 и раствор в указанной емкости доукреп- ляют до получения 1% раствора щелочи. для этого со склада (емкости) мокрого хранения щелочи 57 через клапан 48 подают 25% раствор гидроксида натрия
д. щелочной раствор, забираемый из емкости 16 с помощью насоса 17, пропускают через сорбционный фильтр 19 со скоростью 4 м 3 /ч. продолжительность пропускания щелочного раствора определяют по содержанию в регенерате, отбираемом из пробоотборника 24, марганца, как наиболее сорбируемого компонента. процесс ведут до достижения концентрации марганца в выходящем растворе менее 0,1 мг/л. это соответствуют десорбции не менее, чем 90% от количества указанного элемента, поглощенного из воды в ходе ее очистки в соответствии с пунктом б. всего пропускают через фильтр 9,2 м 3 щелочного раствора. полученный на выходе из фильтра 19 раствор направляют в канализацию 26 и далее - на очистные сооружения. для проведения перечисленных операций предварительно открывают клапаны 29, 30, 49, 50, а остальные закрывают.
E. исходную воду подают в промежуточную емкость 20 через распылительную насадку 27 и забирают из емкости с помощью на- соса 21 и пропускают через фильтр 19 с расходом 10 м /ч. выходящий из фильтра 19 раствор в течение 30 мин подают в емкость 16 для приготовления щелочного раствора (всего подают 5 м 3 ) для следующего цикла регенерации. при этом открыты клапаны 34, 35, 51, 39, 41, 52, а остальные - закрыты. затем закрывают клапаны 41 и 52, открывают клапаны 53, 54 и 42 и продолжают процесс в режиме последовательного пропускания воды через фильтры в направлении от позиции 19 к позиции 18. очищенную воду направляют в емкость-сборник 22, откуда насосом 23 подают ее потребителю по линии 28 через открытые клапаны 43 и 55. в ходе процесса водо- подготовки очищенную воду периодически, один раз в 2 часа, ана-
лизируют по содержанию в ней фтора, как наименее сорбируемого компонента. для проведения анализов, пробы очищенной воды отбирают через пробоотборник 24. процесс очистки прекращают при достижении концентрации фтора в выходящем растворе выше 1,2 мг/л. всего очищают 160 м 3 исходной воды.
ж. с помощью насоса 23 очищенную воду подают на фильтр 19 в направлении потока снизу-вверх со скоростью 30 м 3 /ч в течение 5 минут. полученную суспензию направляют в канализацию 26 и далее - на очистные сооружения. для проведения перечисленных операций предварительно открывают клапаны 43, 44, 56, 40 и закрывают все остальные. после проведения указанной операции взрыхления завершается 2-й цикл переработки воды.
3. повторяют все операции по п. г, с той разницей, что в емкость 16 дополнительно подают 4,2 м 3 водопроводной воды.
и. повторяют все операции по п. д, с той разницей, что пропускание щелочного раствора ведут через фильтр 18.
к. повторяют все операции по п. E, с той разницей, что пропускание щелочного раствора ведут сначала через фильтр 18, а затем последовательно через фильтры 18 и 19.
усредненный состав очищенной воды, рассчитанный на основании анализов всех проб, и соответствующий 3-му циклу очистки на одной и той же загрузке гранулированного серпентинита, представлен в столбце 6 таблицы 2.
л. повторяют 8 раз все операции в соответствии с п.п. B-K. в итоге получают очищенную воду, соответствующую 12-му циклу очистки на одной и той же загрузке гранулированного серпентинита. усредненный состав очищенной воды представлен в столбце 7 таблицы 2. полученные результаты, представленные в таблице 2, демонстрируют, что по всем компонентам достигается качество воды, соответствующее гигиеническим нормативам для питьевой воды (столбец 3 таблицы 2).
таблица 2
результаты опытно-промышленных испытаний по очистке а тезианской воды
промышленная применимость
приведенные данные свидетельствуют о том, что предлагаемый способ может быть использован в системе питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, в том числе, для производства питьевой воды высшей категории, соответствующей российским и международным стандартам.
источники информации
1.епсусlореdiа оf lifе suрроrt sуstеms.-V.пL- кпоwlеdgе bаsе fоr sustаiпаblе dеvеlорmепt/Nоvitskу E.G., кhаmizоv R.Kh.//Chapter 8.-Water апd wаstе wаtеr trеаtmепt.-охfоrd, Uk.: EOLSS рubl.со., 2002, рр. 305-325
2. кульский л. а., строкач п.п. технология очистки природных вод.- киев., «Bыcшaя шкoлa», 1986, ее. 193-222.
3. патент рф 34« 2238788, опубл. 27.10.2004.
4. патент рф Ns 2241535, опубл. 10.12.2004.
5. авторское свидетельство ссср JVa 947077, опубл. 30.07.1982.
6. патент рф íNs 2136608, опубл. 10.09.99.
7. российская заявка на выдачу патента на изобретение N° 99117320, опубл. 20.06.2001.
8. немодрук а. а., каралова 3. к. аналитическая химия бора.- M.: наука, 1961, с. 48.