FI129202B - Menetelmä ja laitteisto raudan poistamiseksi humuspitoisesta vedestä - Google Patents

Abstract

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto veden käsittelemiseksi. Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla humuspitoisesta vedestä poistetaan rautaa biologisesti. Menetelmässä käsiteltävää vettä johdetaan suodattimen (4) läpi, joka suodatin (4) käsittää suodatinmateriaalia (4a). Ennen veden johtamista suodattimeen (4) veden pH-arvoa alennetaan laitteistoon kuuluvan hapotusosan (2) avulla.

Description

MENETELMÄ JA LAITTEISTO RAUDAN POISTAMISEKSI HUMUSPITOISESTA VEDESTÄ

KEKSINNÖN ALA Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä ja patenttivaatimuksen 13 johdanto- osassa määritelty laitteisto raudan poistamiseksi humuspi- toisesta vedestä.

Edullisesti keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto raudan poistamiseksi humuspitoisesta vedestä. Keksinnön mu- kainen menetelmä sekä laitteisto, jatkossa keksinnön mukai- nen ratkaisu, sopii erittäin hyvin käytettäväksi esimerkiksi pohjavesien puhdistamiseen vedenpuhdistuslaitoksissa alu- eilla, joissa pohjavedessä on liuenneena rautaa ja humusta. Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan käyttää myös muidenkin vesien kuin pohjavesien käsittelyyn.

Rautapitoisuus on yksi pohjaveden käyttökelpoisuutta ilmai- seva suure. Rautapitoisuuden ollessa korkea, veden käyttö- kelpoisuus talousvetenä on vähäinen. Rautapitoisuus vedessä ilmaistaan joko mikrogrammoina litrassa vettä (ug/l) tai milligrammoina litrassa (mg/l). Rauta aiheuttaa talousve- dessä maku- ja hajuhaittoja. Suoperäisissä vesistöissä rau- = 25 tapitoisuus on yhteydessä humuksen esiintymiseen. Rautaionit a muodostavat vedessä hapen kanssa rautaoksidia ja ruosteen- 5 värisiä yhdisteitä, jotka samentavat ja värittävät talous- N vettä sekä värjäävät vettä käyttäviä kodinkoneita sisältä.

x a — 30 Pohjaveden ja kaivoveden rautapitoisuuteen vaikuttavat muun 3 muassa kallioperän koostumus, veden pH, hapetus-pelkistys- 2 olosuhteet ja orgaanisen aineksen määrä vedessä. Rauta liu- kenee pohjaveteen kallioperän mineraaleista. Hiekassa, so- rassa ja moreenissa on rautaa, joka liukenee pohjaveteen.

Keskitetyn vedenoton kautta riski saada liian paljon rautaa on pieni, koska vedenpuhdistuslaitoksissa raudan pitoisuutta seurataan. Veden rautapitoisuuden voi havaita juomaveden ruskeasta väristä tai raudan saostumisesta ruosteläikiksi kodinkoneen pintoihin. Humusta sisältävä pohjavesi on yleensä tavallista rautapi- toisempaa. Rautapitoisuus on kullekin vesistölle tyypillinen arvo. Normaalina tasona voidaan pitää 400-600 pg/l. Erittäin ruskeissa humusvesissä, kuten esimerkiksi suovesissä, rau- tapitoisuus kohoaa jopa 20,0 mg/l. Korkeita rautapitoisuuk- sia voi olla, vaikka humuspitoisuus on pieni. Myös moree- nimaiden pohjavesi on usein rautapitoista. Liian suurina pitoisuuksina juomavedessä rauta voi olla hai- tallinen aine. Hyvälaatuisessa talousvedessä rautaa on alle 0,1 mg/l ja sen suositeltu enimmäispitoisuus on kunnalli- sessa talousvedessä 0,2 mg/l. Rauta on mangaanin ohella ta- vallisin kaivojen juomaveden laatua heikentävä alkuaine.

Juoma- ja talousveden laatuvaatimuksissa ei ole määritetty terveysperusteista raja-arvoa raudan enimmäispitoisuudelle. Sen sijaan on annettu laatusuositus, jota ei olisi hyvä ylittää. Laatusuositus perustuu veden esteettiseen laatuun = 25 eli veden hajuun, makuun ja väriin, mutta se suojaa myös a terveyshaitoilta. Raudan laatusuosituksena voidaan pitää 5 esimerkiksi vesilaitosten jakamalle vedelle enintään 200 N ug/l ja yksityiskaivoille enintään 400 jg/1. x a — 30 KEKSINNON TAUSTA 3 Tunnetun tekniikan mukaisesti käytössä on useita erilaisia 2 vedenkäsittelymenetelmiä ja erilaisia vedenkäsittelylait- teistoja, joilla on omat käyttötarkoituksensa erilaisten ve- sien käsittelyyn.

Maailmassa on paljon humuspitoisia pohjavesiä, joissa on korkea COD-arvo (Chemical Oxygen Demand), korkea TOC-arvo (Total Organic Carbon) sekä korkea rauta- ja mangaanipitoi- suus. Humus haittaa raudan poistumista, joten yksinkertainen raudanpoistomenetelmä ei toimi humuspitoisten pohjavesien käsittelyssä. Humusta sisältävissä vesissä voi olla käytössä erilaisia vedenpuhdistusprosesseja, joista alla on esitetty tavallisimpia.

1) Kemiallinen saostus alumiini- tai rautakemikaalilla Tähän prosessiin kuuluu muun muassa: - ilmastus, hämmennys, selkeytys, suodatus; - alkalointikemikaalin annostus alkuun ja joko ennen suo- datusta tai suodatuksen jälkeen; - useimmiten myös kaliumpermanganaatin annostus raudan ja mangaanin hapettamiseksi. Tällä käsittelyllä on mahdollista saada hyvälaatuista vettä. Menetelmän ongelmana ovat suuret investointikustannukset ja käyttökustannukset. Lisäksi käytetty saostuskemikaali ja ka- liumpermanganaatti ovat kalliita kemikaaleja. Laitos vaatii myös runsaasti käyttöhenkilökuntaa. = 25 2) Dynasand-suodatus a Tähän prosessiin kuuluu muun muassa: 5 - ilmastus; N - hapetuskemikaalin, esimerkiksi kaliumpermanganaatin an- E nostus raudan ja mangaanin hapettamiseksi; — 30 - alkalointikemikaalin annostus käsiteltävän veden pH:n 3 säätämiseksi; 2 - alumiini- tai rautakemikaalin annostus; - Dynasand-suodatus; - mahdollisesti jälkialkalointikemikaalin annostus.

Tämä vedenkäsittelyprosessi toimii vain, jos veden rautapi- toisuus ei ole liian korkea. Investointi- ja käyttökustan- nukset ovat myös melko suuret.

3) Hidassuodatus Tähän prosessiin kuuluu muun muassa: - suurin osa raudasta poistetaan kontaktisuodatuksella, joka käsittää seuraavat vaiheet: - ilmastus; - kaliumpermanganaatin annostus; - hiekkasuodatus; - hidassuodatus.

Hidassuodatus on myös suhteellisen kallis prosessi. Se vaa- tii muun muassa hyvin suuren allaskoon. Yhtenä ongelmana on, että suuresta allaskoosta johtuen altaassa ei ole huuhtelu- järjestelmää. Tällöin altaan pinnalle kertyvä rauta joudu- taan tästä syystä poistamaan käsityönä, joka on hidasta ja myös kallista.

4) Kalvosuodatus Tähän prosessiin kuuluu muun muassa: - käänteisosmoosi tai nanosuodatus; — 25 - ilmastus;

N N - jälkikäsittely, esimerkiksi kalkkikivisuodatus.

S N Kalvosuodatuksen ongelmana ovat suuret kalvokustannukset. E Menetelmästä on tähän mennessä vain vähän käyttökokemuksia. — 30 Yhtenä ongelmana on myös se, että suodattimen tukkeutumista 2 ei ole aina saatu hallintaan.

R Yhteisinä ongelmina kaikille yllä mainituille tunnetun tek- niikan mukaisille pohjaveden raudanpoisto- ja puhdistus-

ratkaisuille voidaan pitää niiden korkeita investointiku- luja, käyttökuluja, kemiallisia aineita ja haitallisia, epä- ekologisia ympäristövaikutuksia.

5 Eräs tunnetun tekniikan mukainen ratkaisu pohjavedessä ole- van raudan poistamiseksi biologisesti on esitetty julkai- sussa Mouchet, P. From Conventional to Biological Removal of Iron and Manganese in France. AWWA 1992;84:158-167. Menetel- mässä vesi ilmastetaan ja johdetaan rautabakteereja käsit- tävän suodattimen läpi. Julkaisussa on esitetty, että käsi- teltävän veden pH-arvo oli 6,15-6,5. Julkaisusta ei käy ilmi, että pohjavesi olisi ollut humuspitoista, eikä piirrettä, että veden pH-arvoa olisi alennettu ennen veden johtamista suodattimeen.

Eräs toinen tunnetun tekniikan mukainen ratkaisu pohjave- dessä olevan raudan poistamiseksi biologisesti on esitetty patenttijulkaisussa JP 2011200829 A. Julkaisun mukainen laitteisto käsittää ensimmäisen suodatussäiliön, jossa on raudanpoistoalue käsittäen rautabakteereita. Laitteistoon kuuluu suutin fosforihapon tai fosfaatin syöttämiseksi. Suu- tin on sijoitettu veden kulkusuunnassa raudanpoistoalueen jälkeen, joten suutin ei soveltuisi veden pH-arvon alenta- miseen ennen veden johtamista rautabakteereita käsittävään = 25 suodattimeen.

& 5 Tunnetusti on tehty paljon tutkimuksia humuspitoisten vesien N raudanpoistosta, mutta ei ole löydetty keksinnön mukaista E ratkaisua vastaavaa biologista vedenpuhdistusratkaisua.

- 30

O 2 KEKSINNÖN TARKOITUS 2 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat sekä aikaansaada helposti automatisoitava, biolo- ginen, edullinen, yksinkertainen ja luotettava ratkaisu raudan ja humuksen poistamiseksi pohjavedestä. Yhtenä kek- sinnön tarkoituksena on myös mahdollistaa rautapitoisen ja humuspitoisen pohjaveden käsittely juomavedeksi luontoystä- vällisesti ja kustannuksiltaan edullisesti.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Vas- taavasti keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkki- osassa. Keksinnön muille sovellusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

KEKSINNÖN SELOSTUS Keksinnön mukaisessa menetelmässä luodaan rautabakteereille otolliset biologiset olosuhteet, jotka eivät kuitenkaan suo- si raudan kemiallista saostumista. Pitämällä veden pH-arvo sopivan alhaisena estetään raudan kemiallinen saostuminen ja luodaan rautabakteereille otolliset olosuhteet raudan suo- dattamiseksi vedestä biologisesti.

Tyypillisesti keksinnön mukaisen menetelmän avulla humuspi- toisesta vedestä poistetaan rautaa biologisesti johtamalla vesi suodattimen läpi, joka suodatin käsittää suodatinmate- riaalia. Suodatinmateriaali voi olla esimerkiksi luonnon = 25 hiekkaa, savesta valmistettuja materiaaleja tai antrasiit- a tia. Keksinnön mukaisesti ennen käsiteltävän veden johta- 5 mista suodattimeen veden pH-arvoa alennetaan. Edullisesti N käsiteltävän veden pH-arvoa alennetaan lisäämällä veteen E happoa. - 30

O 2 Keksinnön mukaisen laitteiston avulla humuspitoisesta ve- 2 destä poistetaan rautaa biologisesti. Tällöin laitteistoon kuuluu ainakin suodatinmateriaalia käsittävä suodatin, jonka läpi käsiteltävä vesi on järjestetty johdettavaksi.

Edullisesti laitteistoon kuuluu hapotusosa käsiteltävän ve- den pH-arvon alentamiseksi. Biologinen raudan ja mangaaninpoisto vedestä on sinänsä en- nestään tunnettu menetelmä ja se on yleisesti käytössä. Ke- hitetty keksinnön mukainen menetelmä perustuu myös veden biologiseen käsittelyyn, mutta keksinnön mukaista menetelmää vastaavaa ei ole olemassa ja se eroaa nykyisistä biologisista vesilaitoksista.

Vedessä oleva rauta voidaan hapettaa ilmalla, joko kemial- lisesti tai biologisesti. Kemiallinen hapetus vaatii tyypil- lisesti pH-arvoa yli 7. Kemiallisessa saostuksessa muodos- tuva sakka on hienojakoista ja se tukkii suodattimen nope- asti. Tällöin tyypillisesti rautaa voi olla enintään noin 0,2 kg/suodatinmateriaalin-m2 ennen suodattimen/suodatinma- teriaalin huuhtelua. Biologisessa suodatuksessa rauta tunkeutuu syvemmälle suo- dattimeen ja rautaa voi olla jopa yli 1,0 kg/suodatinmate- riaalin-m2 ennen huuhtelua. Biologisessa suodatuksessa rauta myös poistuu paremmin vedestä. Tyypillisesti biologisessa raudanpoistossa happipitoisuus on alhainen raudan kemialli- sen hapettumisen estämiseksi. Tavallisesti osa raudasta eh- = 25 tii kuitenkin saostua kemiallisesti, mikä huonontaa suodat- N timen toimintaa.

S N Mangaani poistetaan erikseen biologisesti raudanpoiston jäl- E keen. Mangaaninpoisto käynnistyy hitaasti, mutta sille humus = 30 ei aiheuta ongelmia. 3 > Humuspitoisesta vedestä tavanomainen biologinen raudanpoisto ei tuota riittävän hyvää puhdistustulosta. Sekä rauta- että humuspitoisuus jäävät korkeahkoiksi. Rautapitoisuus voi olla käsittelyn jälkeen 1-2 mg/1, kun suositusarvo on 0,2 mg/l. Tavoitteena pitäisi olla rautapitoisuus alle 0,1 mg/l. Keksinnön mukainen menetelmä koskee biologista raudan ja hu- muksen poistoa humuspitoisesta pohjavedestä. Menetelmässä suodattimeen menevän veden pH-arvoa säädetään happoa lisää- mällä sellaiselle tasolle, että suodattimen jälkeen suoda- tetun veden pH-arvo on välillä noin 3,1-5,9, edullisesti 4,1-4,5. Säätö riippuu käytettävästä vedestä ja siinä ole- vasta hiilidioksidin, alkaliteetin ja raudan sekä humuksen ja muiden aineiden määrästä. Suodattimen sisällä tapahtuva raudan poistuminen laskee veden pH-arvoa. Yleensä riittää, että suodattimeen tulevan pohjaveden pH-arvo säädetään ennen suodatinta etukäteen laskettuun, olennaisen muuttumattomana pidettävään arvoon käsiteltävän veden virtaaman, veden si- sältämän raudan ja veden alkaliteetin mukaan. Suodattimen jälkeistä pH-arvoa mitataan erillisellä mittarilla. Edulli- sesti pH-arvon säätö suunnitellaan ennen poistoprosessin al- kua tapauskohtaisesti jokaiselle pohjavesilähteelle erik- seen, koska menetelmä riippuu pohjavesilähteen veden pH-ar- vosta, raudan määrästä ja humuksen määrästä. Yhtenä pohja- vesilähteenä ovat esimerkiksi kaivot. Kaivojen käyttö suun- nitellaan niin, että haitallisen voimakkailta vedenlaatumuu- toksilta vältytään. Yleensä kaikille pohjavesilähteille teh- = 25 dään prosessisuunnittelu ja yksityiskohtainen suunnittelu N ennen raudanpoistoprosessin käyttöönottoa. Tarvittavaa hapon 5 kulutusta voidaan arvioida vedessä olevan raudan määrän pe- N rusteella ja siten voidaan arvioida tarvittavan hapotuksen E tasoa. Usein tällainen ennakkosuunnittelu riittää, jolloin — 30 ei välttämättä tarvita takaisinkytkentää suodattimen yli il- 2 maisemaan suodattimen läpi kulkeneen veden pH-arvoa.

R Takaisinkytkentäratkaisu on kuitenkin kehittyneempi menetel- mä käsiteltävän veden pH:n ja/tai alkaliteetin säätämiseksi.

Tällöin suodattimeen menevän veden pH-arvoa säädetään suo- dattimesta lähtevän suodatetun veden pH-arvon mukaan. Mene- telmä edellyttää suodatetun veden pH-arvon mittaamista ja mitatun arvon perusteella suodattimeen johdettavan veden ha- pottamisen määrän säätöä, eli hapon lisäämistä tai vähentä- mistä hapotusvaiheessa takaisinkytkennästä saadun mittaus- tuloksen perusteella.

Keksinnön mukaisessa biologisessa raudan- ja humuksenpois- tomenetelmässä luodaan rautaa saostaville bakteereille so- pivat olosuhteet, jotta ne voivat optimaalisesti saostaa ve- dessä olevaa rautaa, jonka mukana vedestä poistuu myös hu- musta.

Raudan poistuminen alentaa käsiteltävän veden alkaliteettia ja samalla pH-arvoa, joten suodattimen sisällä tapahtuu ve- den pH-arvon laskua raudan poistumisen suhteessa. Edulli- sesti käsiteltävän veden pH ja/tai alkaliteetti säädetään sellaiselle tasolle, että suodattimen jälkeen suodatetun ve- den pH-arvo välillä noin 3,1-5,9, edullisesti 4,1-4,5. Säätö voidaan tehdä etukäteen käsiteltävän veden ominaisuuksien perusteella tai takaisinkytketysti, kuten edellä on jo esi- tetty. Raudan määrä kunkin alueen pohjavedessä on kullekin alueelle ominainen piirre eikä se ole muuttuva suure tämän = 25 keksinnön toiminnan kannalta. Siksi pH-arvon säätäminen au- N tomaattisesti olennaisen muuttumattomaksi veden virtaaman 5 suhteen, ilman takaisinkytkentää, ei juurikaan tuota ongel- N maa oikean pH-arvon säätämisessä.

x a — 30 Suodattimessa rauta poistuu biologisesti ja vie humuksen mu- 3 kanaan kiinnittyen suodatinmateriaaliin. Määrävälein suoda- 2 tin huuhdellaan ja rauta-humussakka poistetaan suodatti- mesta, jonka jälkeen suodatin otetaan uudelleen käyttöön.

Tyypillinen keksinnön mukainen raudanpoistoprosessi: - pH-arvon alentaminen hapolla, esimerkiksi rikkihapolla; - ilmastus; - pikasuodatus.

Jos veden pH-arvo on alhainen, rauta ei voi saostua kemial- lisesti, joten suodattimen tukkeutuminen on vähäistä. Suo- raan suodatinmateriaalin pinnalle saostuva rauta poistaa ve- destä humusta. Tällöin humus ei häiritse raudanpoistoa ja lopputuloksena saadaan olennaisen raudatonta vettä, jonka humuspitoisuus on pieni. Tämän jälkeinen prosessi riippuu veden muusta laadusta. Tällöin se voi olla esimerkiksi il- mastus ja kalkkikivisuodatus.

KEKSINNÖN EDUT Keksinnön mukaisen ratkaisulla on useita etuja, joita ovat muun muassa: - hapon annostelulla alennettu veden pH, jolla estetään raudan kemiallinen hapettuminen ja mahdollistetaan te- hokas humuksen poisto; - saostuskemikaalia (polyalumiinikloridi, ferrisulfaat- ti, tms.) ei tarvita; - hapetuskemikaalia (esimerkiksi kaliumpermanganaatti, natriumhypokloriitti) ei tarvita; = 25 - prosessi on ympäristöystävällinen; S - huuhteluvesimäärä on minimaalinen; 5 - prosessi on helposti täysin automatisoitavissa vähän N työtä vaativaksi; E - pienet investointikustannukset; = 30 - käyttökustannukset alenevat merkittävästi. 3 > Keksinnön mukaisen ratkaisun tarkoituksena ja suurimpana etuna on säästää käyttökustannuksissa ja vähentää haitalli- sia ympäristövaikutuksia, koska prosessi on automatisoi-

tavissa eikä siinä käytetä kalliita ja haitallisia ympäris- töä kuormittavia kemikaaleja. Lisäksi etuna on se, että lait- teisto on yksinkertaisen rakenteen ansiosta edullinen raken- taa.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla varmistetaan luotettava, luontoystävällinen ja kustannuksiltaan edullinen pohjave- sivarastojen käyttöönotto uusilla alueilla.

KUVIOLUETTELO Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin sovellutusesi- merkkien avulla viittaamalla oheisiin yksinkertaistettuihin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää yksinkertaistettuna ja kaaviollisesti yhtä keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävää ve- denpuhdistuslaitteistoa, kuvio 2 esittää yksinkertaistettuna ja kaaviollisesti ku- vion 1 mukaista laitteistoa ja siihen liitettyä, jo tunnetun tekniikan mukaista biosuodatus- tai kalk- kikivisuodatuslaitteistoa, ja kuvio 3 esittää kaaviollisesti ja yksinkertaistettuna yhtä keksinnön mukaista menetelmää raudan poistamiseksi humuspitoisesta pohjavedestä. — 25

N

N KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS 5 Kuviossa 1 on esitetty yhtä edullista keksinnön mukaista, N pohjaveden käsittelyyn tarkoitettua biologista raudan- ja E humuksenpoistolaitteistoa 10. Edullisesti laitteistoon 10 — 30 kuuluu käsiteltävän veden sisääntulo 1, jonka kautta käsi- 3 teltävä vesi syötetään laitteistoon 10. Sisääntulo 1 voi 2 olla yhteydessä esimerkiksi syöttöputkeen tai -putkistoon. Veden kulkusuunnassa sisääntulon 1 jälkeen laitteistossa 10 on hapotusosa 2, joka on yhteydessä käsiteltävään veteen ja jonka avulla käsiteltävään veteen lisätään happoa veden pH:n ja/tai alkaliteetin alentamiseksi. Edelleen veden kulkusuun- nassa hapotusosan 2 jälkeen laitteistossa 10 on ilmastusosa 3, jossa on mittaus- ja säätövälineet veden happipitoisuuden mittaamiseksi ja säätämiseksi halutulle tasolle. Ilmastus- osan 3 tarkoituksena on etupäässä hapen lisääminen käsitel- tävään veteen. Käsiteltävän veden kulkusuunnassa laitteistossa 10 on edel- leen suodatin 4, johon käsiteltävä vesi on järjestetty joh- dettavaksi ilmastusosan 3 jälkeen. Suodatinmateriaalina 4a suodattimessa 4 on edullisesti esimerkiksi hiekkaa. Suodat- timeen 4 johdettavan veden ilmamäärää ei tarvitse automaat- tisesti säätää. Ilmastuksen tehon seurantaan laitteistossa 10 on kuitenkin ainakin yksi happimittari suodattimesta poistuvan suodatetun veden happipitoisuuden mittaamiseksi. Happipitoisuus ei ole kuitenkaan kriittinen, kunhan pitoi- suus vain on riittävän suuri. Edullisesti pitoisuuden suu- ruus määritellään tapauskohtaisesti.

Edelleen keksinnön mukaisessa laitteistossa 10 on suodatetun veden ulostulo la, jota kautta suodatettu vesi on järjestetty ohjattavaksi jatkokäsittelyyn. Ulostulo la on edullisesti sijoitettu suodattimeen 4 käsiteltävän veden kulkusuunnassa = 25 suodatinmateriaalin 4a jälkeen. & 5 Kuviossa 2 on esitetty yksinkertaistettuna ja kaaviollisesti N kuvion 1 mukaista laitteistoa 10 ja siihen yhdistettyä yhtä E jatkokäsittelylaitteistoa 11. Jatkokäsittelylaitteisto 11 — 30 voi olla tunnettua tekniikkaa ja voi käsittää ilmastusosan 2 3a happipitoisuuden säätämiseksi käsiteltävässä vedessä. Li- > säksi jatkokäsittelylaitteisto 11 voi käsittää veden kulku- suunnassa ilmastusosan 3a jälkeen olevan suodattimen 5, joka käsittää esimerkiksi kalkkikivisuodattimen 5a käsiteltävän veden pH-arvon säätämiseksi. Suodattimet 4 ja 5 on yhdistetty toisiinsa edullisesti esimerkiksi siten, että suodattimessa 4 oleva suodatetun veden ulostulo la on yhdistetty jatkokä- sittelylaitteiston 11 ilmastusosan 3a sisääntuloon, esimer- kiksi tarkoitukseen sopivan putkiston tai kanaviston avulla. Jatkokäsittelylaitteiston 11 suodattimessa on lisäksi ulos- tulo Ib, jota kautta suodatettu vesi on järjestetty edelleen ohjattavaksi jatkokäsittelyyn. Ulostulo 1b on edullisesti sijoitettu suodattimeen 5 käsiteltävän veden kulkusuunnassa suodatinmateriaalin 5a jälkeen. Kuviossa 2 esitetty biologinen raudan- ja humuksenpoisto- laitteisto 10 käsittää perusversiosta modifioidun version, jossa on takaisinkytkentä 7, joka on kytketty suodattimen 4 ulostulon la ja hapotusosan 2 väliin. Takaisinkytkentä 7 käsittää veden pH-arvon mittauselimen 6, jossa on myös vä- lineet mittaustiedon lähettämiseksi hapotusosalle 2. Vastaa- vasti hapotusosassa 2 on välineet mittaustiedon vastaanot- tamiseksi ja hapotusosan 2 ohjaamiseksi mittaustiedon perus- teella käsiteltävään veteen lisättävän happomäärän annoste- lemiseksi. Edullisesti annosteltava happomäärä pyritään pi- tämään sellaisena, että suodattimen 4 läpi suodattuneen ve- den pH-arvo suodattimen 4 ulostulon la yhteydessä on noin 3,1-5,9, edullisesti 4,1-4,5. Tapauskohtaisesti haetaan op- = 25 timiarvo. & 5 Kuviossa 3 on esitetty kaaviollisesti ja yksinkertaistettuna N yksi keksinnön mukainen menetelmä raudan poistamiseksi hu- E muspitoisesta pohjavedestä. - 30

O 2 Keksinnön mukaisella menetelmällä käsiteltävä pohjavesi ote- 2 taan menetelmän ensimmäisessä vaiheessa sl laitteistoon 10 sisääntulon 1 kautta ja johdetaan toisessa vaiheessa s2 ha- potettavaksi hapotusosaan 2, jossa veteen lisätään happoa veden alkaliteetin alentamiseksi.

Edullisesti käsiteltävään veteen lisätään tällöin rikkihappoa, mutta muutakin happoa, kuten suolahappoa, voidaan rikkihapon sijasta käyttää.

Ha- potuksen jälkeen hapotettu vesi johdetaan kolmannessa vai- heessa s3 ilmastusosaan 3, jossa veden happipitoisuus mita- taan ja säädetään halutulle tasolle.

Hapotettu ja ilmastettu vesi johdetaan edelleen neljännessä vaiheessa s4 suodatti- meen 4, jossa käsiteltävästä vedestä suodatetaan suodattimen 4 sisällä olevan suodatinmateriaalin 4a, edullisesti hiekan avulla rauta ja humus pois.

Suodattimessa 4 rauta poistuu vedestä, kun se saostuu rautabakteerien biologisesti hapet- tamana ja samalla saostunut rauta kuljettaa humuksen muka- naan ja kummatkin kiinnittyvät lopuksi suodatinmateriaaliin 4a.

Suodatuksen jälkeen käsiteltävä vesi poistetaan lait- teistosta 10 viidennessä vaiheessa sb ulostulon 1b kautta ja johdetaan jatkokäsittelyyn.

Hapotuksen, ilmastuksen ja veden virtausnopeuden säätö teh- dään edullisesti etukäteen mittaamalla siten, että matkalla suodattimen 4 läpi veden rautapitoisuus, humuspitoisuus ja alkaliteetti, jonka muutosta voidaan epäsuorasti mitata suo- datetun veden pH-arvolla, laskevat haluttuihin arvoihin.

Kuten edellä on jo mainittu, käsiteltävän pohjaveden pH-arvo = 25 ja/tai alkaliteetti säädetään edullisesti sellaiselle ta- N solle, että suodattimen 4 jälkeen suodatetun veden pH-arvo 5 on välillä noin 3,1-5,9, edullisesti 4,1-4,5. Koska raudan N määrä kunkin alueen pohjavedessä on kullekin alueelle omi- E nainen piirre, eikä se ole muuttuva suure tämän keksinnön — 30 toiminnan kannalta, voidaan käsiteltävän veden pH-arvon sää- 3 täminen sovittaa automaattisesti olennaisen muuttumattomaksi 2 veden virtaaman suhteen.

Tällöin säätö voidaan tehdä etukä- teen laskennallisesti käsiteltävän veden ominaisuuksien pe- rusteella esimerkiksi mittaamalla veden pH-arvo,

rautapitoisuus, alkaliteetti ja humuspitoisuus sekä virtaama ja säätämällä hapotus, ilmastus ja suodatinmateriaalin koos- tumus ja määrä sellaiseksi, että tuloksena saadaan raudasta ja humuksesta olennaisesti vapaata suodatettua vettä, jonka pH-arvo on halutuissa rajoissa. Edullisesti tällaista etu- käteen tehtyä säätöä tarkennetaan aika ajoin uusilla mit- tauksilla ja testeillä. Haluttaessa keksinnön mukaiseen biologiseen raudan- ja hu- muksenpoistolaitteistoon 10 voidaan kytkeä myös takaisinkyt- kentä 7, joka on edullista kytkeä suodattimen 4 ulostulon la ja hapotusosan 2 väliin. Tällöin käsiteltävän veden hapo- tusta voidaan säätää tarkasti, jotta saadaan tasalaatuista suodatettua vettä, jos sisään tulevan veden ominaisuudet jostakin syystä muuttuvat, tai jos esimerkiksi suodatinma- teriaalin 4a suodatusominaisuudet muuttuvat käytön seurauk- sena. Tällöin laitteiston 10 ulostulosta la tulevan suoda- tetun veden pH-arvoa mitataan ja mittaustieto lähetetään joko jatkuvasti tai jaksottaisesti säätötiedoksi hapotus- osaan 2, jossa hapon annostelua veteen säädetään mittaustu- losten perusteella siten, että suodattimen 4 läpi suodattu- neen veden pH-arvo suodattimen 4 ulostulon la yhteydessä on mahdollisimman tasaisesti noin 3,1-5,9, edullisesti 4,1-4,5. = 25 Keksinnön perusideana on olennaisesti kemikaalivapaa, bio- a loginen raudan- ja humuksenpoistoratkaisu, joka käsittää yk- 5 sinkertaisimmillaan vain hapotusvaiheen s2, ilmastusvaiheen N s3 ja suodatusvaiheen s4 ilman mitään kemiallisia käsitte- E lyjä. - 30

O 2 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu- 2 tusmuodot eivät rajoitu ainoastaan edellä esitettyihin esi- merkkeihin, vaan voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Alan ammattimiehelle on myös selvää, että raudanpoistolait- teiston ja jatkokäsittelylaitteiston suodattimet voivat olla esimerkiksi suodatinelementtejä.

N O N

K <Q

N

I jami a

O [sp]

LO O O N

Claims (16)

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Menetelmä veden käsittelemiseksi, jonka menetelmän avulla humuspitoisesta vedestä poistetaan rautaa biologisesti, ja jossa menetelmässä käsiteltävää vettä johdetaan suodattimen (4) läpi, joka suodatin (4) käsittää suodatinmateriaalia (4a), tunnettu siitä, että ennen veden johtamista suodatti- meen (4), veden pH-arvoa alennetaan sellaiselle tasolle, että suodattimen (4) läpi suodattuneen veden pH-arvo on vä- lillä noin 3,1-5,9, ja että rautaa poistuu vedestä baktee- rien hapettamana biologisesti ja rauta ottaa humuksen mu- kaansa, jolloin sekä rauta että humus saostuvat ja tarttuvat suodatinmateriaaliin (4a).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että humusta poistetaan vedestä sitouttamalla humusta hapet- tuneeseen rautaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävän veden pH-arvoa alennetaan lisäämäl- lä veteen happoa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävän veden pH-arvoa alennetaan lisäämällä ve- = 25 teen rikkihappoa tai suolahappoa. & 3

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- © telmä, tunnettu siitä, että ennen käsiteltävän veden johta- E mista suodattimeen (4) vesi ilmastetaan. - 30

O 2

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- 2 telmä, tunnettu siitä, että käsiteltävän veden laatuominai- suuksia mitataan raudanpoistoon tarvittavan, veteen lisät- tävän happomäärän selvittämiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tarvittava veteen lisättävän hapon määrä lasketaan ve- den laatuominaisuuksien mittaustulosten perusteella ennen raudanpoistoprosessin käyttöönottoa.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- telmä, tunnettu siitä, että ennen raudanpoistoprosessin käyttöönottoa tehdään raudanpoistoprosessille prosessisuun- nittelu, jossa mitataan ainakin yhtä tai useampaa seuraa- vista veden laatuominaisuuksista: rautapitoisuus, happipi- toisuus, pH-arvo, alkaliteetti, hiilidioksidipitoisuus, TOC.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- telmä, tunnettu siitä, että suodatetun veden pH-arvoa mita- taan ja käsiteltävään veteen lisättävän hapon määrää sääde- tään takaisinkytketysti mittaustiedon perusteella.

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- telmä, tunnettu siitä, että käsiteltävä vesi suodatetaan huuhdeltavan suodattimen (4) läpi.

11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- telmä, tunnettu siitä, että rautaa poistetaan käsiteltävästä = 25 vedestä biologisesti rautabakteerien avulla. & 3 12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene- © telmä, tunnettu siitä, että käsiteltävään veteen lisättävä E happomäärä pidetään sellaisena, että suodattimen (4) läpi — 30 suodattuneen veden pH-arvo on välillä noin 3,1-5,9, edulli- 3 sesti 4,1-4,5. >

N

13. Laitteisto veden käsittelemiseksi, jonka laitteiston avulla humuspitoisesta vedestä poistetaan rautaa biologises-

ti, ja johon laitteistoon kuuluu ainakin suodatin (4), joka käsittää rautabakteereita ja suodatinmateriaalia (4a), ja jonka suodattimen (4) läpi käsiteltävä vesi on järjestetty johdettavaksi, tunnettu siitä, että humuksen poistamiseksi laitteisto käsittää veden kulkusuunnassa hapotusosan (2) ja suodattimen (4), tässä järjestyksessä.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää ilmastusosan (3) käsiteltä- vän veden happipitoisuuden nostamiseksi, joka ilmastusosa (3) on veden kulkusuunnassa hapotusosan (2) ja suodattimen (4) välissä.

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen laitteisto, tun- nettu siitä, että suodattimen (4) suodatinmateriaalina on hiekkaa.

16. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää takaisinkytkennän (7), joka on kytketty suodattimen (4) ulostulon (la) ja ha- potusosan (2) väliin, ja joka takaisinkytkentä (7) käsittää suodatetun veden pH-arvon mittauselimen (6).

N

O

N © ?

O

I jami a

O

O 0

O

O

N