RU2606779C1

RU2606779C1 - Water treatment method

Info

Publication number: RU2606779C1
Application number: RU2015136412A
Authority: RU
Inventors: Андрей Евгеньевич Новиков; Виктор Васильевич Мелихов; Максим Игоревич Филимонов; Мария Игоревна Ламскова; Александр Григорьевич Болотин; Алексей Андреевич Новиков; Тамара Васильевна Каренгина
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-01-10

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to water treatment and can be used in agriculture, in housing and communal services and in industry. Water treatment method involves filtration of water through charge with ion-exchange properties, charge regeneration and washing with upward flow of regenerate and prepared water in from bottom to top direction and charge sedimentation. Filtration is carried out using filtering system containing, at least, two successively installed filters of first 2 and second 9 stages. Filtration in first stage 2 filter is carried out in from bottom to top direction, and in second 9 stage filter is in from top to bottom direction. Charge filtration and regeneration is performed with formation of fluidized bed 7, 11 in first 2 and second 9 stages filters. Charge in first stage 2 filter is modified glauconite, and in second 9 stage filter is composition of two or more components arranged in layers. Lower layer is presented by modified glauconite. Every next layer granules densities ratio to previous layer is not less than 1.3. Amount of modified glauconite is not less than 40 % of composition total amount. Charge height in first and second stages filters ratio to filters height is 0.40–0.55:1.00.

EFFECT: invention allows to saturate water with macro- and microelements, perform water softening and deferrization, increase purification degree from impurities, as well as increase water treatment process reliability and environmental safety.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области водоподготовки с использованием фильтрационного процесса и фильтровального комплекса, содержащего загрузку с ионообменными свойствами. Способ может найти применение в сельскохозяйственной мелиорации, в жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности в процессах подготовки и очистки воды.The invention relates to the field of water treatment using a filtration process and a filter complex containing a charge with ion-exchange properties. The method can find application in agricultural reclamation, in housing and communal services and other industries in the processes of preparation and purification of water.

Известен способ очистки природных и грунтовых вод от железа, включающий аэрацию и фильтрацию воды через загрузку, состоящую из последовательно расположенных слоев гранитного щебня, торфа, древесной коры, гравия и песка при их объемном соотношении 1:2:3:2:1 [Патент РФ №2151105, МПК C02F 1/28, C02F 1/64, опубл. 20.06.2000].A known method of purifying natural and groundwater from iron, including aeration and filtering water through a load, consisting of successive layers of granite gravel, peat, wood bark, gravel and sand with their volume ratio of 1: 2: 3: 2: 1 [RF Patent No. 2151105, IPC C02F 1/28, C02F 1/64, publ. 06/20/2000].

Недостатком известного технического решения, препятствующим достижению указанного технического результата, является недостаточная степень очистки природных и грунтовых вод от двухвалентного железа вследствие незначительных окислительных и ионообменных свойств загрузки и ограниченная сфера применения данного способа. Также при обратной промывке будет происходить гидравлическая сортировка загрузки вследствие различий гранул слоев по гранулометрическому составу и плотности, что приведет к нарушению расположения слоев и соответственно снижению надежности технологического процесса.A disadvantage of the known technical solution that impedes the achievement of the specified technical result is the insufficient degree of purification of natural and groundwater from ferrous iron due to insignificant oxidizing and ion-exchange properties of the charge and the limited scope of this method. Also, during backwashing, hydraulic sorting of the load will occur due to differences in the granules of the layers according to the granulometric composition and density, which will lead to a violation of the location of the layers and, accordingly, to a decrease in the reliability of the process.

Известна система водоочистки и фертигации для капельного орошения. Система включает водоисточник, насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, контрольно-измерительные приборы, трубопроводную обвязку с запорной арматурой, водоочистной узел и сеть поливных трубопроводов с водовыпусками. Водоочистной узел выполнен трехступенчатым, в котором первая ступень представлена высоконапорным гидроциклоном, снабженным самоочищающимся сетчатым экраном и осадочной камерой, и предназначена для удаления минеральных и растительных примесей. Вторая ступень представлена горизонтальной герметичной емкостью, заполненной загрузкой, и предназначена для очистки от тонкодисперсных примесей. Третья ступень представлена тканым сетчатым фильтром и предназначена для дополнительной очистки от тонкодисперсных примесей [Патент РФ №2220104, МПК A01G 25/02, C02F 1/40, опубл. 27.12.2003].A known system of water purification and fertigation for drip irrigation. The system includes a water source, a pumping station, a container for preparing a nutrient solution, instrumentation, piping with shut-off valves, a water treatment unit and a network of irrigation pipelines with outlets. The water treatment unit is made in three stages, in which the first stage is a high-pressure hydrocyclone equipped with a self-cleaning mesh screen and a sedimentary chamber, and is designed to remove mineral and vegetable impurities. The second stage is represented by a horizontal sealed container filled with a load, and is intended for cleaning from fine impurities. The third step is represented by a woven strainer and is intended for additional purification from fine impurities [RF Patent No. 2220104, IPC A01G 25/02, C02F 1/40, publ. 12/27/2003].

Недостатком известного технического решения, препятствующим достижению указанного технического результата, является громоздкость системы и недостаточная степень очистки воды, в частности, от растворенного двухвалентного железа и марганца вследствие незначительных окислительных и ионообменных свойств загрузки, а соответственно, и невысокая надежность технологического процесса.A disadvantage of the known technical solution that impedes the achievement of the specified technical result is the bulkiness of the system and the insufficient degree of purification of water, in particular, from dissolved ferrous iron and manganese due to insignificant oxidation and ion exchange properties of the charge, and, accordingly, the low reliability of the process.

Известен способ водоочистки для полива сельскохозяйственных культур, включающий фильтрацию воды через загрузку, состоящую из тереклитовой глины, барита и доломитовой муки в соотношении 5:1:0,5, размещенную в металлической сетке и корпусе [Патент РФ №2537014, A01G 25/02, C02F 1/28, C02F 1/62, опубл. 27.12.2014].A known method of water purification for irrigation of crops, including filtering water through a load consisting of tereklite clay, barite and dolomite flour in a ratio of 5: 1: 0.5, placed in a metal mesh and casing [RF Patent No. 2537014, A01G 25/02, C02F 1/28, C02F 1/62, publ. 12/27/2014].

Недостатком известного технического решения, препятствующим достижению указанного технического результата, является отсутствие возможности промывки загрузки и ее регенерации, а соответственно, и невысокая надежность технологического процесса.A disadvantage of the known technical solution that impedes the achievement of the specified technical result is the lack of the possibility of washing the load and its regeneration, and, accordingly, the low reliability of the process.

Известен способ водоподготовки, включающий фильтрацию воды через загрузку на основе модифицированного серпентина с гранулометрическим составом 0,15-2 мм, регенерацию загрузки щелочным раствором и промывку загрузки водным или водно-воздушным методом [Патент РФ №2316479, МПК B01J 20/04, B01J 20/34, C02F 1/28, опубл. 10.02.2008].A known method of water treatment, including filtering water through a load based on a modified serpentine with a particle size distribution of 0.15-2 mm, regenerating the load with an alkaline solution and washing the load with the water or air-water method [RF Patent No. 2316479, IPC B01J 20/04, B01J 20 / 34, C02F 1/28, publ. 02/10/2008].

Недостатком известного технического решения, препятствующим достижению указанного технического результата, является отсутствие потенциала насыщения воды макро- и микроэлементами. Кроме того, при обратной промывке вследствие широкого диапазона гранулометрического состава модифицированного серпентина при одинаковой его плотности будет происходить стратификация загрузки по гранулам с образованием границ, т.е. грубозернистые гранулы под действием седиментации будут образовывать нижние слои загрузки, а мелкозернистые гранулы - верхние слои загрузки. Из-за этого эффекта фильтрование будет происходить на меньшей глубине загрузки, что приведет к преждевременной ее закупорке, а соответственно, и снижению надежности технологического процесса.A disadvantage of the known technical solution that impedes the achievement of the specified technical result is the lack of saturation potential of water with macro- and microelements. In addition, during backwashing, due to the wide range of particle size distribution of the modified serpentine at the same density, the loading will be stratified by granules with the formation of boundaries, i.e. coarse-grained granules under the action of sedimentation will form the lower layers of the load, and fine-grained granules - the upper layers of the load. Due to this effect, filtering will occur at a shorter loading depth, which will lead to its premature blockage and, consequently, to a decrease in the process reliability.

Известен способ ионообменной обработки воды, включающий фильтрацию воды через фильтр с загрузкой с ионообменными свойствами, отведение до 80% загрузки от всего объема в колонну взрыхляющей промывки, регенерацию загрузки и взрыхляющую промывку потоком воды, последовательно проходящим фильтр и колонну взрыхляющей промывки с интенсивностью 1,25-2,50 и 2,50-5,00 л/(м²⋅с) соответственно [Патент РФ №2139253, МПК C02F 1/42, опубл. 10.10.1999].A known method of ion-exchange water treatment, including filtering water through a filter with a charge with ion-exchange properties, diverting up to 80% of the total load into a loosening washing column, regenerating the load and loosening the washing stream with water, passing through the filter and the loosening washing column with an intensity of 1.25 2.50 and 2.50-5.00 l / (m ² s), respectively [RF Patent No. 2139253, IPC C02F 1/42, publ. 10/10/1999].

Недостатком известного технического решения, препятствующим достижению указанного технического результата, является сложность процесса регенерации и промывки вследствие наличия дополнительного оборудования, отсутствие потенциала насыщения воды макро- и микроэлементами, дороговизна применяемой в качестве загрузки ионообменной смолы (сильнокислый катионит КУ-2). Также по техническим характеристикам загрузка КУ-2 имеет неоднородный гранулометрический состав с диаметром гранул от 0,3 до 1,3 мм, из-за чего также будет происходить гидравлическая сортировка загрузки, а это в свою очередь приведет к преждевременной ее закупорке и соответственно снижению надежности технологического процесса.A disadvantage of the known technical solution that impedes the achievement of the indicated technical result is the complexity of the regeneration and washing process due to the availability of additional equipment, the lack of potential for saturation of water with macro- and microelements, the high cost used as a charge of ion-exchange resin (strongly acidic cation exchanger KU-2). Also, according to the technical characteristics, the KU-2 loading has a non-uniform particle size distribution with a diameter of granules from 0.3 to 1.3 mm, due to which hydraulic sorting of the load will also occur, and this in turn will lead to its premature blockage and, accordingly, decrease in reliability technological process.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому способу и принятому за прототип является способ водоподготовки, включающий фильтрацию воды через загрузку с ионообменными свойствами, регенерацию и промывку загрузки восходящим потоком регенерата и подготовленной воды в направлении снизу вверх и седиментацию загрузки, причем фильтрацию проводят с использованием фильтровального комплекса, содержащего не менее двух последовательно установленных фильтров первой и второй ступеней, а процесс регенерации загрузки осуществляют с образованием псевдоожиженного слоя в фильтре первой ступени [Патент РФ №2298529, МПК B01J 49/02, C02F 1/28, опубл. 10.05.2007].The closest technical solution for the totality of features to the claimed method and adopted as a prototype is a water treatment method comprising filtering water through a charge with ion-exchange properties, regenerating and washing the load with an upward flow of regenerate and prepared water from the bottom up and sedimentation of the charge, and filtering is carried out using a filter complex containing at least two sequentially installed filters of the first and second stages, and the regeneration process the cargo is carried out with the formation of a fluidized bed in the filter of the first stage [RF Patent No. 2298529, IPC B01J 49/02, C02F 1/28, publ. 05/10/2007].

Недостатком известного технического решения, препятствующим достижению указанного технического результата, является отсутствие потенциала насыщения воды макро- и микроэлементами, возможность экологического загрязнения окружающей среды, что обусловлено поглощаемой способностью ионообменных смол к органическим фрагментам, на которых активно развиваются бактерии и микроорганизмы, в том числе патогенные, и наличие неионизированных загрязнений, связанных с производством смол. Кроме того, присутствие трехвалентного железа в воде при седиментации закупоривает поры ионообменной смолы, что приводит к нарушению ионного обмена, снижению качества обработанной воды и соответственно надежности технологического процесса. Также сказывается и дороговизна применяемых в качестве загрузки ионообменных смол (слабо- и сильнокислых катеонитов, в частности Duwex UP-CORE Mono C-600-Na). Удаление органики и микрофлоры из загрузки на основе ионообменных смол требует особых дополнительных средств и затрат на регенерацию.A disadvantage of the known technical solution that impedes the achievement of the specified technical result is the lack of saturation potential of water with macro- and microelements, the possibility of environmental pollution, due to the absorbed ability of ion-exchange resins to organic fragments on which bacteria and microorganisms, including pathogenic ones, actively develop, and the presence of non-ionized contaminants associated with the production of resins. In addition, the presence of ferric iron in water during sedimentation clogs the pores of the ion-exchange resin, which leads to disruption of ion exchange, a decrease in the quality of the treated water and, accordingly, the reliability of the process. The high cost of ion-exchange resins (weakly and strongly acidic cateonites, in particular Duwex UP-CORE Mono C-600-Na) is also affected. The removal of organics and microflora from the charge based on ion exchange resins requires special additional funds and costs for regeneration.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение качественных свойств воды, повышение эффективности фильтрационного процесса, а также эксплуатационных и экологических показателей технологического процесса водоподготовки.The task to which the proposed technical solution is directed is to improve the quality properties of water, increase the efficiency of the filtration process, as well as the operational and environmental indicators of the water treatment process.

Результатом предлагаемого технического решения является насыщение воды макро- и микроэлементами, умягчение и обезжелезивание воды, повышение степени очистки воды от грубо- и тонкодисперсных примесей, в том числе тяжелых металлов, радионуклидов, солей, органических и биологических загрязнений и иных токсичных веществ, повышение надежности и экологической безопасности технологического процесса водоподготовки.The result of the proposed technical solution is the saturation of water with macro- and microelements, softening and iron removal of water, increasing the degree of water purification from coarse and finely dispersed impurities, including heavy metals, radionuclides, salts, organic and biological contaminants and other toxic substances, increasing reliability and environmental safety of the water treatment process.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе водоподготовки с использованием фильтрационного процесса, включающем фильтрацию воды через загрузку с ионообменными свойствами, регенерацию и промывку загрузки восходящим потоком регенерата и подготовленной воды в направлении снизу вверх и седиментацию загрузки, причем фильтрацию проводят с использованием фильтровального комплекса, содержащего не менее двух последовательно установленных фильтров первой и второй ступеней, а процесс регенерации загрузки осуществляют с образованием псевдоожиженного слоя в фильтре первой ступени, согласно изобретению фильтрацию в фильтре первой ступени проводят в направлении снизу вверх с образованием псевдоожиженного слоя, а в фильтре второй ступени - сверху вниз, а процесс регенерации загрузки осуществляют с образованием псевдоожиженного слоя в фильтрах первой и второй ступеней, в качестве загрузки в фильтре первой ступени используют модифицированный глауконит, а в фильтре второй ступени - композицию из двух и более компонентов, расположенных послойно, нижний слой представлен модифицированным глауконитом, а отношение плотностей гранул слоев композиции, каждого последующего к предыдущему, составляет не менее 1,3, при этом объем модифицированного глауконита составляет не менее 40% от общего объема композиции, а отношение высоты загрузки в фильтрах первой и второй ступеней к высоте фильтров составляет 0,40-0,55:1,00.The technical result achieved is achieved in that in a water treatment method using a filtration process, including filtering water through a charge with ion-exchange properties, regenerating and washing the load with an upward flow of regenerate and prepared water from the bottom up and sedimentation of the charge, the filtering being carried out using a filter complex, containing at least two sequentially installed filters of the first and second stages, and the process of regeneration of the load is carried out t with the formation of a fluidized bed in the filter of the first stage, according to the invention, the filtration in the filter of the first stage is carried out from the bottom up to form a fluidized bed, and in the filter of the second stage from top to bottom, and the regeneration process of the charge is carried out with the formation of a fluidized bed in the filters of the first and second stages, modified glauconite is used as a load in the first stage filter, and a composition of two or more components located in layers, the lower layer is used in the filter of the second stage it is represented by modified glauconite, and the ratio of the densities of the granules of the layers of the composition, each subsequent to the previous, is at least 1.3, while the volume of modified glauconite is at least 40% of the total volume of the composition, and the ratio of the loading height in the filters of the first and second stages to the height of the filters is 0.40-0.55: 1.00.

В качестве дополнительных слоев композиции используют, например, шунгизит, и (или) антрацит, и (или) керамзит, и (или) активированный уголь.As additional layers of the composition, for example, shungizit, and (or) anthracite, and (or) expanded clay, and (or) activated carbon are used.

Гранулометрический состав модифицированного глауконита 0,1-0,5 мм, шунгизита, или антрацита, или керамзита - 0,5-1,0 мм, активированного угля - 1,0-2,5 мм.The particle size distribution of modified glauconite is 0.1-0.5 mm, shungizite, or anthracite, or expanded clay - 0.5-1.0 mm, activated carbon - 1.0-2.5 mm.

К существенным отличительным признакам заявленного технического решения относится:The essential distinguishing features of the claimed technical solution include:

1) использование в качестве компонента загрузки модифицированного глауконита в объеме не менее 40%;1) the use as a loading component of modified glauconite in the amount of not less than 40%;

2) фильтрация в фильтре первой ступени в направлении снизу вверх с образованием псевдоожиженного слоя;2) filtering in the filter of the first stage in the direction from the bottom up with the formation of a fluidized bed;

3) отношение высоты загрузки в фильтрах первой и второй ступеней к высоте фильтров принято 0,40-0,55:1,00;3) the ratio of the loading height in the filters of the first and second stages to the filter height is 0.40-0.55: 1.00;

4) компоненты композиции и их послойное расположение в загрузке выбраны таким образом, что отношение плотностей гранул слоев каждого последующего к предыдущему составляет не менее 1,3.4) the components of the composition and their layer-by-layer arrangement in the load are selected in such a way that the ratio of the densities of the granules of the layers of each subsequent to the previous one is at least 1.3.

При производстве сельскохозяйственной продукции допускается использование только экологически чистых материалов, этим требованиям отвечают загрузки из природных минералов, в частности алюмосиликатов, например глауконит, шабазит, модернит, клиноптилолит, нефелин (нефелиновый сиенит) и другие. Такие природные загрузки на практике могут применяться без предварительной подготовки, они недефицитны, их стоимость в 10-50 раз ниже стоимости синтетических загрузок.In the production of agricultural products, only environmentally friendly materials are allowed, these requirements are met by loading from natural minerals, in particular aluminosilicates, for example glauconite, chabazite, modernite, clinoptilolite, nepheline (nepheline syenite) and others. Such natural loads can be applied in practice without preliminary preparation, they are not deficient, their cost is 10-50 times lower than the cost of synthetic downloads.

Выбор модифицированного глауконита в качестве загрузки определен его высокой селективностью, способностью к регенерации, физико-механическими, фильтрационными и катионнообменными свойствами по отношению к тяжелым металлам, радионуклидам, солям, органическим и иным токсичным веществам. Широкий спектр свойств глауконита обусловлен его слоистой структурой в основном в виде пластин или чешуек, а также сложным химическим составом, включающим: K₂O - 3,0-10,0%, Na₂O - до 3,5%, Al₂O₃ - 7,0-18,0%, Fe₂O₃, FeO - 7,0-11,0%, MgO - 2,5-7,0%, SiO₂ - 29,0-56,0%, H₂O - 5-13,5%, P₂O₅ - до 3% и еще более 20 микроэлементов, находящихся в легко извлекаемой форме обменных катионов, способных к замещению с находящимися в избытке в окружаемой среде элементами.The choice of modified glauconite as a load is determined by its high selectivity, ability to regenerate, physico-mechanical, filtration and cation-exchange properties in relation to heavy metals, radionuclides, salts, organic and other toxic substances. A wide range of properties of glauconite is due to its layered structure mainly in the form of plates or flakes, as well as a complex chemical composition, including: K ₂ O - 3.0-10.0%, Na ₂ O - up to 3.5%, Al ₂ O ₃ - 7.0-18.0%, Fe ₂ O ₃ , FeO - 7.0-11.0%, MgO - 2.5-7.0%, SiO ₂ - 29.0-56.0%, H ₂ O - 5-13.5%, P ₂ O ₅ - up to 3% and even more than 20 trace elements in easily removable form of exchange cations, capable of substitution with elements in excess in the environment.

Улучшение качественных свойств воды включает насыщение воды макро- и микроэлементами, умягчение и обезжелезивание.Improving the quality properties of water includes saturation of water with macro- and microelements, softening and iron removal.

Насыщение воды макро- и микроэлементами (оксидами кремния, калия, магния, фосфора, а также медью, цинком, молибденом, кобальтом и другими веществами), необходимыми для дополнительного поддержания пищевого режима сельскохозяйственных культур, происходит при прохождении ее через слой загрузки. В частности, оксид кремния переходит в состояние биогенного кремния, который, в том числе с другими растворенными веществами, переносится поливной водой, например, через систему капельного орошения точечно в корнеобитаемый участок, на котором произрастают растения. При этом в почве происходит образование нитритов кремния, силанов и алкосиланов, которые токсичны для вредителей и возбудителей болезней и безопасны для сельскохозяйственных культур. Кроме того, кремниевая кислота выполняет фитосанитарную функцию, снижая популяцию сапрофитных грибов, в том числе корневых гнилей. При питании растений такой водой в эпидермальных тканях происходит образование защитного кремниевого барьера. В результате корневая система растений более развита, площадь поверхности листьев, толщина и прочность стебля увеличиваются, податливость болезням снижается, а продуктивность возрастает.Saturation of water with macro- and microelements (oxides of silicon, potassium, magnesium, phosphorus, as well as copper, zinc, molybdenum, cobalt and other substances), necessary for additional maintenance of the nutritional regime of crops, occurs when it passes through the loading layer. In particular, silicon oxide passes into a state of biogenic silicon, which, including with other dissolved substances, is transferred by irrigation water, for example, through a drip irrigation system, pointwise to the root area on which plants grow. In this case, the formation of silicon nitrites, silanes, and alkosilanes occurs in the soil, which are toxic to pests and pathogens and safe for crops. In addition, silicic acid performs a phytosanitary function, reducing the population of saprophytic fungi, including root rot. When plants feed this water in epidermal tissues, a protective silicon barrier is formed. As a result, the root system of plants is more developed, the surface area of leaves, the thickness and strength of the stem increase, disease resistance decreases, and productivity increases.

Качественным показателем воды на поливные или другие нужды является ее жесткость, при значении этого показателя выше допустимой нормы необходимо проводить умягчение воды. Непостоянная жесткость характеризуется присутствием в воде: в большей степени - растворенных гидрокарбонатов кальция Са(НСО₃)₂, в меньшей степени - магния Mg(HCO₃)₂ и железа Fe(НСО₃)₂, а постоянная - кальциевых и магниевых солей сильных кислот (сульфатов и хлоридов): MgSO₄, CaSO₄, MgCl₂, CaCl₂.A qualitative indicator of water for irrigation or other needs is its rigidity, with a value of this indicator above the permissible norm, it is necessary to soften the water. Variable hardness is characterized by the presence in water: to a greater extent - dissolved calcium bicarbonates of Ca (HCO ₃ ) ₂ , to a lesser extent - magnesium Mg (HCO ₃ ) ₂ and iron Fe (HCO ₃ ) ₂ , and a constant - calcium and magnesium salts of strong acids (sulfates and chlorides): MgSO ₄ , CaSO ₄ , MgCl ₂ , CaCl ₂ .

Например, при поливе жесткой водой (более 8 мг-экв/л) в растениях происходит нарушение процесса образования хлорофилла, а также снижение фотосинтезирующей способности, культуры поражаются хлорозом. Из-за высокого содержания в почве солей кальция питательные вещества переходят в недоступную (связанную) для растений форму. Кроме того, регулярное орошение жесткой поливной водой постепенно нейтрализуют, а далее защелачивают почву с образованием солевых отложений. Незначительная (оптимальная) жесткость (4-8 мг-экв/л), наоборот, благоприятно сказывается на общем режиме питания и развития растений. Магний входит в состав хлорофилла и задействован в белковом обмене, железо участвует в синтезе хлорофилла, а кальций - важный компонент клеточных оболочек растений. Дефицит этих макроэлементов также негативно сказывается на развитии культур.For example, when watering with hard water (more than 8 mEq / l) in plants, the formation of chlorophyll is disturbed, as well as a decrease in photosynthetic ability, cultures are affected by chlorosis. Due to the high content of calcium salts in the soil, nutrients turn into an inaccessible (bound) form for plants. In addition, regular irrigation with hard irrigation water is gradually neutralized, and then the soil is alkalized with the formation of salt deposits. Insignificant (optimal) hardness (4-8 mEq / l), on the contrary, favorably affects the general diet and plant development. Magnesium is a part of chlorophyll and is involved in protein metabolism, iron is involved in the synthesis of chlorophyll, and calcium is an important component of the cell walls of plants. Deficiency of these macronutrients also negatively affects the development of crops.

Так, на модифицированной глауконитовой загрузке, например, реакции замещения катионов Са²⁺ катионами Na⁺ в молекулярной и в ионной форме запишутся следующим образом:So, on a modified glauconite loading, for example, the reactions of substitution of Ca ²⁺ cations by Na ⁺ cations in molecular and ionic form are written as follows:

;

,

где R - сложный радикал катеонита, образующий с ионами кальция, магния и железа соединения, не растворимые в воде, и выполняющий роль аниона; NaR - натрий-катионит; CaR₂ и др. - солевые формы катеонита. Уравнения реакций с солями магния и железа аналогичные.where R is a complex radical of cateonite, forming compounds with calcium, magnesium and iron ions, insoluble in water, and acting as an anion; NaR is sodium cation exchanger; CaR ₂ and others are salt forms of cateonite. The equations of reactions with salts of magnesium and iron are similar.

Закрытые оросительные системы в сельском хозяйстве, а также стальные транспортирующие водопроводы в жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях промышленности в процессе эксплуатации подвержены коррозионному воздействию. Трехвалентное железо при контакте с окислителем, например воздухом или с поверхностью труб в изношенных системах водораспределения, гидролизуется в нерастворимый гидроксид железа Fe(OH)₃, который образует осадок или взвесь. В открытых водоисточниках также содержатся ионы двухвалентного железа, марганца, сероводорода, органические и биологические загрязнения. Нормы их содержания для различных областей народного хозяйства и промышленности регламентированы специализированными документами, в частности, в поливной воде содержание железа и марганца не должно превышать 0,1 мг/л.Closed irrigation systems in agriculture, as well as steel transporting water pipes in housing and communal services and other industries during operation are subject to corrosion. Ferric iron in contact with an oxidizing agent, such as air or with the surface of pipes in worn-out water distribution systems, is hydrolyzed into insoluble iron hydroxide Fe (OH) ₃ , which forms a precipitate or suspension. Open water sources also contain ions of ferrous iron, manganese, hydrogen sulfide, organic and biological pollution. The norms of their content for various areas of the national economy and industry are regulated by specialized documents, in particular, in irrigation water the content of iron and manganese should not exceed 0.1 mg / l.

Обезжелезивание и улавливание марганца и сероводорода сопровождаются предварительным их окислением до нерастворимых форм.Iron removal and trapping of manganese and hydrogen sulfide are accompanied by their preliminary oxidation to insoluble forms.

Модификация глауконита заключается в его предварительной последовательной обработке растворами MnCl₂ [www.mediana-filter.ru] и KMnO₄. Хлорид марганца необратимо поглощается глауконитом, а после его обработки перманганатом калия на поверхности гранул образуется слой высших окислов марганца:Modification of glauconite consists in its preliminary sequential treatment with solutions of MnCl ₂ [www.mediana-filter.ru] and KMnO ₄ . Manganese chloride is irreversibly absorbed by glauconite, and after its treatment with potassium permanganate, a layer of higher manganese oxides forms on the surface of the granules:

,

.

Модифицированный таким образом глауконит служит источником кислорода, который окисляет ионы двухвалентного железа и марганца до трехвалентной формы, а сероводород - до элементарной серы, при этом происходит частичное обеззараживание органических и биологических загрязнений. В окисленном состоянии железо и марганец осаждаются в виде нерастворимых гидроокисей:Modified in such a way, glauconite serves as a source of oxygen, which oxidizes ferrous and manganese ions to a trivalent form, and hydrogen sulfide to elemental sulfur, with partial disinfection of organic and biological contaminants. In the oxidized state, iron and manganese precipitate in the form of insoluble hydroxides:

.

Создание псевдоожиженного слоя способствует интенсивному перемешиванию и устранению застойных зон и, как следствие, увеличению поверхности контакта фаз - воды и загрузки. Принятый гранулометрический состав модифицированного глауконита 0,1-0,5 мм позволяет достигнуть максимальной суммарной удельной поверхности взаимодействия, так как чем меньше гранулы, тем больше суммарная удельная поверхность загрузки в псевдоожиженном состоянии.The creation of a fluidized bed promotes intensive mixing and elimination of stagnant zones and, as a result, an increase in the contact surface of the phases — water and loading. The adopted particle size distribution of the modified glauconite 0.1-0.5 mm allows to achieve the maximum total specific interaction surface, since the smaller the granules, the larger the total specific surface of the fluidized loading.

Отношение высоты загрузки в фильтрах первой и второй ступеней к высоте фильтров, принятое 0,40-0,55:1,00, обусловлено результатами эксплуатации промышленных установок. Согласно им диапазон изменения порозности загрузки в псевдоожиженном состоянии составляет 0,6-0,7, а при неподвижном состоянии - 0,4 [Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 2. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. - С. 562].The ratio of the loading height in the filters of the first and second stages to the filter height, adopted 0.40-0.55: 1.00, is due to the results of operation of industrial plants. According to them, the range of variation of the loading porosity in the fluidized state is 0.6-0.7, and when stationary - 0.4 [Timonin A.S. Environmental Engineering Handbook. T. 2. - Kaluga: Publishing house N. Bochkareva, 2003. - S. 562].

Использование в качестве загрузки композиции из двух и более компонентов, нижний слой которой представлен модифицированным глауконитом, а отношение плотностей гранул слоев каждого последующего к предыдущему составляет не менее 1,3, позволяет избежать нарушений в расположении слоев, а следовательно, преждевременной закупорки загрузки.The use of a composition of two or more components as the load, the lower layer of which is represented by modified glauconite, and the ratio of the densities of the granules of the layers of each subsequent to the previous one is at least 1.3, avoids disturbances in the arrangement of the layers, and therefore, premature blockage of the load.

Регенерация и промывка загрузки восходящим потоком регенерата и подготовленной воды в направлении снизу вверх с образованием псевдоожиженного слоя сопровождается взрыхлением и перемешиванием гранул слоев загрузки. Из-за указанных различий в плотности и гранулометрическом составе каждый конкретный слой в процессе седиментации будет занимать свое определенное положение.The regeneration and washing of the load with an upward flow of regenerate and prepared water in a bottom-up direction with the formation of a fluidized bed is accompanied by loosening and mixing of the granules of the loading layers. Due to these differences in density and particle size distribution, each particular layer in the process of sedimentation will occupy its specific position.

В предлагаемом способе возможны, например, варианты композиций:In the proposed method, for example, possible compositions:

1) модифицированный глауконит и шунгизит;1) modified glauconite and shungizite;

2) модифицированный глауконит и антрацит;2) modified glauconite and anthracite;

3) модифицированный глауконит и керамзит;3) modified glauconite and expanded clay;

4) модифицированный глауконит, шунгизит и активированный уголь;4) modified glauconite, shungizite and activated carbon;

5) модифицированный глауконит, антрацит и активированный уголь;5) modified glauconite, anthracite and activated carbon;

6) модифицированный глауконит, керамзит и активированный уголь.6) modified glauconite, expanded clay and activated carbon.

Краткая характеристика компонентов композиции загрузки, обуславливающая их преимущество перед известными аналогами, указана в таблице.A brief description of the components of the composition of the boot, determining their advantage over the known analogues, is shown in the table.

Объем загрузки определяется ее обменной емкостью, насыпной плотностью, содержанием примесей в воде и необходимой степенью очистки. Количество каждого компонента загрузки может варьироваться; конкретный состав также зависит от качества обрабатываемой воды и может быть оптимизирован в каждом конкретном случае.The load volume is determined by its exchange capacity, bulk density, impurity content in water and the required degree of purification. The amount of each loading component may vary; the specific composition also depends on the quality of the treated water and can be optimized in each case.

Как правило, фильтрационный процесс проводят с использованием двух последовательно установленных фильтров первой и второй ступеней, однако возможно описанный способ осуществлять и в большем количестве аппаратов с созданием в каждом из них соответствующих условий.As a rule, the filtration process is carried out using two sequentially installed filters of the first and second stages, however, it is possible to carry out the described method in a larger number of devices with the creation of appropriate conditions in each of them.

Таким образом, использование загрузки из модифицированного глауконита, способного к замещению элементов, находящихся в избытке в окружаемой среде, и оставаться нейтральным - при их равновесных (оптимальных) составах при указанных выше условиях, обуславливает его преимущество в данном техническом решении.Thus, the use of a load of modified glauconite, capable of replacing elements that are in excess in the environment, and remain neutral - at their equilibrium (optimal) compositions under the above conditions, determines its advantage in this technical solution.

Способ водоподготовки поясняется чертежами: фиг. 1 - схема процесса фильтрации, умягчения, обезжелезивания и насыщения воды макро- и микроэлементами; фиг. 2 - схема процесса регенерации и промывки загрузки. На фиг. 1 показано: 1 - распределительный трубопровод; 2 - фильтр первой ступени; 3, 4, 5 - трехпозиционный вентиль (кран, клапан); 6 - загрузка в неподвижном состоянии в фильтре первой ступени; 7 - загрузка в псевдоожиженном состоянии в фильтре первой ступени; 8 - соединительный трубопровод; 9 - фильтр второй ступени; 10 - загрузка в неподвижном состоянии в фильтре второй ступени; на фиг. 2-11 - загрузка в псевдоожиженном состоянии в фильтре второй ступени; 12 - промывной трубопровод; 13 - шламовый сборник.The method of water treatment is illustrated by drawings: FIG. 1 - diagram of the process of filtering, softening, iron removal and saturation of water with macro- and microelements; FIG. 2 is a diagram of a regeneration and washing process of a charge. In FIG. 1 shows: 1 - distribution pipeline; 2 - filter of the first stage; 3, 4, 5 - three-position valve (crane, valve); 6 - loading in a stationary state in the filter of the first stage; 7 - loading in a fluidized state in the filter of the first stage; 8 - connecting pipeline; 9 - filter of the second stage; 10 - loading in a stationary state in the filter of the second stage; in FIG. 2-11 — fluidized loading in a second stage filter; 12 - flushing pipe; 13 - sludge collection.

Способ водоподготовки реализуют следующим образом.The water treatment method is implemented as follows.

Режим фильтрации, умягчения, обезжелезивания и насыщения воды макро- и микроэлементамиThe mode of filtration, softening, iron removal and saturation of water with macro- and microelements

Вода, предназначенная, например, для полива, подается насосом или насосной станцией (на фиг. не показано) по распределительному трубопроводу 1 в фильтр первой ступени 2, при этом трехпозиционные вентили 3, 4 и 5 находятся в соответствующих движению потока положениях. В фильтре первой ступени 2 вода проходит через слой загрузки 6 в направлении снизу вверх с образованием псевдоожиженного слоя 7, при этом происходят процессы умягчения, обезжелезивания, насыщения воды макро- и микроэлементами и частичной фильтрации, сопровождающиеся соответствующими реакциями. Далее вода по соединительному трубопроводу 8 транспортируется в фильтр второй ступени 9 в направлении сверху вниз. При прохождении воды через слои загрузки 10 с различным гранулометрическим составом, по ходу движения от грубозернистых гранул до мелкозернистых, происходит ее фильтрация. Грубозернистые гранулы задерживают грубодисперсные примеси, а мелкозернистые - тонкодисперсные примеси. Далее подготовленная вода поступает по распределительному трубопроводу 1, например, в сеть поливных трубопроводов системы капельного орошения (на фиг. не показано), где через микроводовыпуски точечно подается в корнеобитаемый участок почвы, на котором произрастают растения.Water intended, for example, for irrigation, is supplied by a pump or pumping station (not shown in Fig.) Through a distribution pipe 1 to the filter of the first stage 2, while the three-position valves 3, 4 and 5 are in positions corresponding to the movement of the flow. In the filter of the first stage 2, water passes through the loading layer 6 in the direction from bottom to top with the formation of a fluidized bed 7, while softening, iron removal, saturation of water with macro- and microelements, and partial filtration, accompanied by corresponding reactions, occur. Next, the water through the connecting pipe 8 is transported to the filter of the second stage 9 in the direction from top to bottom. When water passes through the loading layers 10 with different particle size distribution, along the movement from coarse-grained granules to fine-grained, it is filtered. Coarse granules trap coarse impurities, and fine grains - finely dispersed impurities. Next, the prepared water enters through the distribution pipe 1, for example, into the network of irrigation pipelines of the drip irrigation system (not shown in Fig.), Where it is point-fed through the micro-outlets to the root zone of the soil on which the plants grow.

При прохождении воды в фильтрах первой 2 и второй 9 ступеней через модифицированный глауконит за счет его катионнообменных свойств происходят процессы улавливания тяжелых металлов, радионуклидов, солей, органических и биологических загрязнений и иных токсичных веществ.During the passage of water in the filters of the first 2 and second 9 stages through modified glauconite due to its cation-exchange properties, processes of trapping heavy metals, radionuclides, salts, organic and biological contaminants and other toxic substances occur.

В способе при наличии большого количества грубодисперсных примесей может быть использована предварительная ступень очистки воды, например напорный гидроциклон.In the method, in the presence of a large amount of coarse impurities, a preliminary stage of water purification, for example a pressure hydrocyclone, can be used.

Режим регенерации и промывки загрузки.Regeneration and washing of the load.

В режиме фильтрации, умягчения, обезжелезивания и насыщения воды макро- и микроэлементами происходит постепенная замена обменных катионов Na²⁺ катионами растворенных солей Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ или Fe³⁺. При этом модифицированный глауконит, являющийся катеонитом, постепенно истощается и теряет катионнообменную способность. Для восстановления первоначальной величины емкости поглощения (регенерации) необходимо удержанные модифицированным глауконитом катионы удалить из него и заменить обменным катионом Na⁺. Регенерация проводится путем пропускания регенерата, например раствора NaCl, через слой истощенного катеонита:In the mode of filtration, softening, iron removal and saturation of water with macro- and microelements, the exchange cations of Na ²⁺ are gradually replaced by cations of dissolved salts of Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , Fe ²⁺ or Fe ³⁺ . In this case, modified glauconite, which is a cateonite, is gradually depleted and loses its cation exchange capacity. To restore the initial value of the absorption (regeneration) capacity, the cations retained by the modified glauconite must be removed from it and replaced with the exchange cation Na ⁺ . Regeneration is carried out by passing a regenerate, for example, NaCl solution, through a layer of depleted cateonite:

Для солей MgR₂ и FeR₂ реакции регенерации будут аналогичными.For salts of MgR ₂ and FeR _2, the regeneration reactions will be similar.

Регенерат приготавливается путем смешения воды и хлористого натрия в соотношении 0,9-0,92:0,1-0,08 соответственно.The regenerate is prepared by mixing water and sodium chloride in a ratio of 0.9-0.92: 0.1-0.08, respectively.

Восстановление высших окислов марганца на поверхности гранул модифицированного глауконита проводится путем пропускания через загрузку другого регенерата - раствора KMnO₄. Регенерат также приготавливается путем смешения воды и перманганата калия, при этом концентрация KMnO₄в растворе зависит от количества загрязнений (железа и марганца) в фильтруемой воде. Так, 1 мг/л перманганата калия окисляет 1,06 мг/л железа или 0,52 мг/л марганца.The reduction of higher manganese oxides on the surface of granules of modified glauconite is carried out by passing through a charge another regenerate - a solution of KMnO ₄ . The regenerate is also prepared by mixing water and potassium permanganate, and the concentration of KMnO ₄ in the solution depends on the amount of contaminants (iron and manganese) in the filtered water. So, 1 mg / l of potassium permanganate oxidizes 1.06 mg / l of iron or 0.52 mg / l of manganese.

Количество и частота операций регенерации и промывки загрузки определяется содержанием соответствующих загрязнений в воде.The number and frequency of regeneration and washing operations of the load is determined by the content of the corresponding contaminants in the water.

Регенерат насосом или насосной станцией (на фиг. не показано) подается по распределительному трубопроводу 1 в фильтры первой 2 и второй 9 ступеней в направлении снизу вверх с образованием в них псевдоожиженного слоя 7 и 11 соответственно, при этом трехпозиционные вентили 3, 4 и 5 находятся в соответствующих движению потока положениях. Регенерат при прохождении через слои загрузки 7 и 11 вымывает из них уловленные грубо- и тонкодисперсные примеси и восстанавливает их свойства. Отработанный регенерат по соединительному трубопроводу 8 поступает в промывной трубопровод 12 и выводится в шламовый сборник 13.The regenerate by a pump or a pumping station (not shown in Fig.) Is supplied through a distribution pipe 1 to the filters of the first 2 and second 9 stages in a bottom-up direction with the formation of a fluidized bed 7 and 11, respectively, with three-position valves 3, 4 and 5 in the positions corresponding to the flow movement. The regenerate, when passing through the loading layers 7 and 11, washes out the trapped coarse and finely dispersed impurities from them and restores their properties. The spent regenerate through the connecting pipe 8 enters the washing pipe 12 and is discharged into the sludge collector 13.

При необходимости дополнительного вымывания уловленных грубо- и тонкодисперсных примесей из слоев загрузки 7 и 11 до подачи регенерата возможно предварительное взрыхление слоев загрузки 7 и 11 в фильтрах первой 2 и второй 9 ступеней подготовленной водой по аналогичной схеме.If it is necessary to additionally wash out the captured coarse and finely dispersed impurities from the loading layers 7 and 11 before applying the regenerate, preliminary loosening of the loading layers 7 and 11 in the filters of the first 2 and second 9 stages with prepared water is possible according to a similar scheme.

После восстановления свойств загрузки 7 и 11 проводится ее промывка подготовленной водой от остатков регенерата по аналогичной схеме.After restoring the properties of the load 7 and 11, it is washed with prepared water from the remnants of the regenerate according to a similar scheme.

По завершении операций регенерации и промывки загрузки соответственно прекращают подачи регенерата и подготовленной воды в фильтры первой 2 и второй 9 ступеней, позволяя слоям загрузки в каждом фильтре под действием седиментации занять свое исходное положение.After the regeneration and washing operations are completed, the supply of regenerate and prepared water to the filters of the first 2 and second 9 stages is accordingly stopped, allowing the loading layers in each filter to take their initial position under the action of sedimentation.

Таким образом, за счет реализации предложенного способа водоподготовки достигается насыщение воды макро- и микроэлементами, умягчение и обезжелезивание воды, повышение степени очистки воды от грубо- и тонкодисперсных примесей, в том числе тяжелых металлов, радионуклидов, солей, органических и биологических загрязнений и иных токсичных веществ, повышение надежности и экологической безопасности технологического процесса.Thus, by implementing the proposed method of water treatment, water is saturated with macro- and microelements, softening and iron removal of water, increasing the degree of water purification from coarse and finely dispersed impurities, including heavy metals, radionuclides, salts, organic and biological contaminants, and other toxic substances, improving the reliability and environmental safety of the process.

Claims

1. A method of water treatment using a filtration process, comprising filtering water through a charge with ion-exchange properties, regenerating and washing the charge with an upward flow of regenerate and prepared water from the bottom up and sedimentation of the charge, the filtering being carried out using a filter complex containing at least two sequentially installed filters of the first and second stages, and the regeneration process of the charge is carried out with the formation of a fluidized bed in the filter of the first up, characterized in that the filtration in the filter of the first stage is carried out in the direction from bottom to top with the formation of a fluidized bed, and in the filter of the second stage from top to bottom, and the regeneration process of the charge is carried out with the formation of a fluidized bed in the filters of the first and second stages, as a charge in the first-stage filter uses modified glauconite, and the second-stage filter uses a composition of two or more components arranged in layers, the lower layer is represented by modified glauconite, and the ratio the density of the granules of the layers of the composition, each subsequent to the previous one, is at least 1.3, while the volume of modified glauconite is at least 40% of the total volume of the composition, and the ratio of the loading height in the filters of the first and second stages to the height of the filters is 0.40- 0.55: 1.00.

2. The water treatment method according to claim 1, characterized in that, for example, shungizite, and (or) anthracite, and (or) expanded clay, and (or) activated carbon are used as additional layers of the composition.

3. The water treatment method according to p. 1 and 2, characterized in that the particle size distribution of the modified glauconite is 0.1-0.5 mm, shungizite, or anthracite, or expanded clay - 0.5-1.0 mm, activated carbon - 1, 0-2.5 mm.