Обезжелезивание воды аэрацией


Сейчас существует не одна и не две методики, применяемые для очистки питьевой и бытовой воды от всевозможных примесей, которые содержатся в жидкости и вредят как человеку, так и оборудованию систем водоснабжения.

Очистка воды аэрацией – наиболее эффективная технология обезжелезивания воды на сегодняшний день. Суть этого процесса заключается в искусственном создании интенсивного воздухообмена, вследствие которого происходит насыщение воды кислородом, что приводит к очищению и нормализации химического состава питьевой воды.

1 Очистка с помощью метода аэрации

Процесс аэрации позволяет очистить воду от следующих вредных примесей:

  • Железо;
  • Марганец;
  • Сероводород.

Очистка воды от этих элементов происходит в результате реакции окисления молекул и их перехода из растворимой, в нерастворимую форму, которая, по сути, является обычными механическими частицами, оседающими на фильтрующих устройствах.

Сам процесс аэрации не может быть единственным этапом водоподготовке, но он является необходимым условием, без выполнения которого не может быть произведена качественная фильтрация воды.

Читайте также: обзор систем водоподготовки в загородном доме.


Сегодня доступно большое количество методов окисления и подготовки воды к фильтрации, однако большинство из них имеют ряд существенных недостатков в виде себестоимости процесса, либо в его несоответствии экологическим нормам, в то время как аэрации полностью удовлетворяет все основные требования качественной промышленной обработки воды.

Преимущества аэрации:

  • Безопасность: в воду не добавляются никакие сторонние химические вещества, которые могут принести вред человеческому организму;
  • Стоимость процесса аэрации, в сравнении с методами дающими идентичный результат, достаточно низкая: финансовые затраты требуются лишь на закупку оборудования, и на последующую оплату электроэнергии для работы машин;
  • обезжелезивание аэрацией может проводиться для больших объемов жидкости одновременно;
  • Улучшение вкусовых качеств воды вследствие обогащения её кислородом;
  • Возможность полной автоматизации работы;
  • Безопасность для экологии: поскольку аэрация не предусматривает использование каких-либо химических реагентов, по завершению процесса отсутствуют отходы из химикатов, которые нужно как-то утилизировать.

Единственным существенным недостатком аэрации является необходимость использования громоздкого оборудования, что несколько затрудняет её бытовое применение.

Однако существуют виды аэрации, при выполнении которой задействованы весьма компактные устройства, отлично подходящие для домашнего использования. Более того, при правильном подходе простейшая аэрация воды вполне может быть выполнена на оборудовании, произведенном своими руками.

к меню ↑

2 Виды очистки аэрацией

В зависимости от технологических особенностей процесса, выделяют три основных способа аэрации:

  • Напорная аэрация;
  • Безнапорная аэрация;
  • Эжекторная аэрация.

Каждый из этих методов требует определенного оборудования, имеет разные особенности и этапы проведения. Рассмотрим детальнее каждый из них.
к меню ↑

2.1 Напорная аэрация воды

Поскольку свободная реакция соединения молекул воды с кислородом протекает довольно медленно, для её ускорения используются специальные аэрационные колонны.

Аэрационная колона является герметичным баком, укомплектованным компрессором на входе, и фильтром для удаления окислившихся частиц железа и марганца на выходе. Водопровод, который подключен к системе, наполняет бак водой, после чего срабатывает датчик потока, активирующий компрессор.

Посредством компрессора в камеру через специальную трубу под сильным давлением подается воздух, который интенсивно взаимодействует с водой, окисляя двухвалентное железо.


Как только давление внутри бака давление достигает граничного предела, срабатывает датчик на клапане сброса, и происходит выведение лишнего количества воздуха и газов, вследствие чего давление нормализуется и продолжается работа устройства.

После того как процесс аэрации закончен вода из баллона проходит через фильтрующую установку, которая задерживает окислившиеся частицы железа, и попадает в водопровод, транспортирующий её к устройствам потребления.

В целом, среднестатистическая аэрационная напорная система состоит из следующего оборудования:

  • Колонна для аэрации (герметичный баллон объемом от 100 до 500 литров)
  • Компрессор высокого давления;
  • Датчик потока воды;
  • Датчик уровня давления;
  • Оголовок колонны, укомплектованный специальным клапаном для сброса внутрибаллонного давления;

Аэрация воды напорным методом позволяет выполнить эффективную очистку воды от двухвалентного железа, однако не показывает достаточной эффективности в удалении сероводорода.

Для того чтобы гарантировать качественную фильтрацию воды от сероводорода в основном используется сопутствующая обработка воды химическими окислителями, для чего производители очень часто комплектую аэрационные установки дополнительным оборудованием:

  • Насос для дозировки;
  • Канистра для хранения окисляющих реагентов;
  • Блок автоматического управления насосом.

Эффективная совместная работу двух этих систем обеспечивает максимальную степень удаления всех вредных элементов содержащихся в воде в течение короткого времени.

Детально изучив все особенности аэрации под давлением можно выделить следующие преимущества этого метода;

  • Напорная обработка воды (давление внутри системы составляет от 2 до 6 атмосфер) гарантирует её максимальное взаимодействие с кислородом и, как следствие, наилучшее окисление железа.
  • Баллоны для напорной аэрации достаточно компактны, такие устройства могут быть применены в бытовом использовании;
  • При выходе не происходит потери давления воды в водопроводе;

Единственным существенным минусом является более высокая стоимость оборудования, в сравнении с безнапорной аэрацией.
к меню ↑

2.2 Безнапорная аэрация воды

Суть данного метода заключается в том, что вода при попадании в герметичную аэрационную емкость распыляется форсунками, что обеспечивает её разделение на мельчайшие капельки, которые во время полета от верхней точки к поверхности воды получают необходимый уровень взаимодействия с кислородом для окисления молекул двухвалентного железа.

Кроме того происходит дополнительное насыщения воды кислородом: за это отвечает специальный компрессор, который подает воздух в саму толщу воды (для сравнения приведем устройство производящее пузырьки в аквариуме). Это также позитивным образом влияет на окисление, так как вода перемешивается и пропитывается дополнительным количеством воздуха.


Стоит отметить, что в отличие от напорного метода, в безнапорной аэрации из-за распыления входных потоков воды происходит снижение её давления на выходе.

Для того чтобы слабый поток воды в трубопроводе не доставлял вам дополнительных неудобств, актуальным является приобретение дополнительной насосной станции AL-KO, которая будет нормализовать давление в водопроводе. Отметим, что современные аэрационные устройства изначально комплектуются такими насосами.

Окислившееся железо оседает на дне аэрационного бака, что обуславливает необходимость его очистки с периодичностью в 3 месяца (если вода слишком загрязненная – чаще).

Системы для безнапорной аэрации комплектуются следующим оборудованием:

  • Рабочая емкость (герметичные бак объемом от 400 до 700 л.);
  • Форсунки для распыления воды;
  • Низконапорный компрессор и набор аэраторов, для подачи кислорода в водный слой;
  • Насос для увеличения давления выходного потока;
  • Гидроаккумулятор;
  • Блок управления системой.

Несмотря на наличие существенных недостатков, метод безнапорной аэрации был и остается самым популярным промышленным способом обезжелезивания воды. Рассмотрим детальнее его плюсы и минусы.

Преимущества:

  • Высокая производительность (можно обрабатывать около 5 тыс куб.метров воды за сутки)
  • Обезжелезивание аэрацией воздействует не только на молекулы железа, но и на марганец с сероводородом.

Недостатки:

  • Необходимость дополнительного оборудования для поддержания нормального давления потока воды в трубопроводе, вследствие чего повышается уровень шума всей системы, так как насос довольно громко работает;
  • Отсутствие самоочищения системы, (если вы не будете выполнять регулярную очистку бака своими руками, в осевшем слое железа и серы могут развиваться вредные бактерии);
  • Большие размеры оборудования.

к меню ↑

2.3 Эжекторная аэрация воды

Это наиболее распространенный в бытовом использовании метод аэрации, так как он не требует дорогостоящего и крупноразмерного оборудования.

Аэрационная установка в данном случае представляет собою компактное устройство, которое работает за счет энергии потока вода в трубопроводе, и не требует подключения к электросети. Такие механизмы построены по принципу Вентури: вследствие применения в конструкции эжектора сопла Вентури, в трубе образовывается зона низкого давления, которая провоцирует засасывание пузырьков воздуха через специальное отверстие.

При этом движение воды наружу, сквозь это отверстие, невозможно, так как устройство оборудовано обратным клапаном защиты.

В большинстве случаев данный метод не предусматривает использования аэрационной колоны и дополнительного оборудования, а насыщение воды кислородом происходит исключительно через эжектор, после чего вода выводится непосредственно на фильтрующее устройство.


Разумеется, такая аэрация не может соперничать с более продвинутыми безнапорными и напорными способами ни по эффективности, ни по количеству обрабатываемой воды, однако для домашнего использования, при удовлетворительном, в целом, изначальном качестве воды, данный способ вполне подходит.
к меню ↑

byreniepro.ru

Очистка от железа озоном

К системам безреагентного обезжелезивания воды относится и очистка воды озоном. Озон может окислять и превращать в нерастворимый осадок практически все присутствующие в воде загрязнители. Кроме того, в процессе очистки воды озоном нейтрализуются болезнетворные микроорганизмы.

Очистка от железа озоном

В процессе обезжелезивания воды озоном распылённая озоно-воздушная смесь реагирует с растворёнными в воде металлами, окисляет их, после чего загрязнители удаляются фильтрами.

www.ruswater.com

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Малое количество, либо полное отсутствие кислорода, растворенного в воде — общая черта всех подземных источников водоснабжения. Но у всех этих источников есть еще одна характерная черта — такая вода содержит растворенные вещества:

  • металлы, в основном железо и марганец,
  • органику — фульвокислоты, гуминовые кислоты, антропогенных вещества (от деятельности человека)
  • бактерии и прочие микроорганизмы,
  • растворенные газы — сероводород, аммиак, хлор

Вода с растворенными металлами и прочими веществами выходит из скважины абсолютно прозрачная, имеет привкус железа и/или запах железа и сероводорода. Находясь в открытой емкости со временем вода мутнеет, приобретает цвет, а спустя еще какое-то время (часы или сутки) вода снова становится прозрачной, на дне образуется рыжий или белый осадок. Это происходит из-за того, что вода очень быстро насыщается кислородом воздуха и металлы, растворенные в воде окисляются (присоединяют к себе ион OH) — переходят из двухвалентного (растворенного) в трехвалентное (нерастворенное) состояние и образуют коллоиды — крупные сгустки молекул, которые однако еще слишком малы, чтобы мы могли видеть их глазами. Поэтому вода, содержащая коллоидное железо кажется нам мутной и окрашенной.

Коллоидные растворы — это дисперсные системы — золи. Это устойчивые взвеси, потому что их частички обладают одинаковым зарядом и электростатически отталкиваются друг от друга. Поэтому вода может оставаться мутной сутками, а иногда и месяцами.


Обычно в теплой, стоячей, насыщенной кислородом воде очень быстро начинают свою работу аэробные бактерии. Они попадают в воду из воздуха, набрасываются на коллоидные вещества и поглощают их, встраивают в свою структуру. Мы называем такой вид ограники железобактериями. Они работают, как коагулянт — собирают коллоиды в более крупные частицы, достаточно тяжелые, чтобы выпадать в осадок. Осадок, образующийся на дне емкости мы называем гидроокисью, либо гидроксидом железа. В состав гидроокиси так же входят продукты распада органических веществ, других металов, например марганца, а так же продукты распада сероводорода — сульфаты и многие другие вещества — хлориды, фториды, соли, нефтепродукты… много всего.

ПРИНЦИП РАБОТЫ АЭРАЦИИ

Чтобы очистить воду от растворенных металлов, органики и сероводорода применяют метод окисления кислородом воздуха. Можно просто наливать воду в открытую емкость, разбрызгивая ее для лучшего смешения с воздухом, а затем подавать снова в водопровод насосом второго подъема. Этот способ удобен для дачных участков, а так же домов с большой котельной, в которой можно легко разместить большую емкость. Но он имеет ряд своих недостатков

Более современное решение вопроса — напорная аэрация.

НАПОРНАЯ АЭРАЦИЯ


kolonna-aeraciiВоздух нагнетают в водопровод с помощью компрессора, позволяют ему смешаться с водой в специальной колонне, после чего удаляют нерастворенные пузырьки воздуха через автоматический воздухоотводчик, а воду, насыщенную кислородом подают на фильтр обезжелезивания колонного типа с каталитической загрузкой — сыпучим, как песок материалом, который усиливает реакцию окисления всего, что может быть окислено и механически задерживает частицы ненужных нам веществ. Чистая вода идет к потребителю, а задержанные загрязнения периодически вымываются в канализацию обратным током воды во время периодической промывки фильтра.

ПО ШАГАМ более подробно описание работы колонны аэрации следующее:

1. Вода подается в колонну аэрации слева (глядя на схему).

2. Воздух подается в трубу перед колонной аэрации с помощью компрессора, который включается по сигналу реле протока, установленному после обезжелезивателя когда возникает проток воды (открывают воду в доме).

3. Вода с воздухом устремляются в колонну множеством струй через рассекатель, находящийся в воздушном пузыре.

4. Высота воздушного пузыря регулируется длинной воздухоотводной трубки (20-35 см).

5. Если количество воздуха, поступающего в колонну будет больше, чем расход растворяемого воздуха, тогда лишний воздух будет выходить через автоматический воздухоотводчик на верху колонны.

6. В верхней половине колонны воздух смешивается с водой, пузырьки воздуха всплывают наверх, не достигая дна.

7. Вода насыщенная кислородом забирается из колонны аэрации через самую длиную трубку со дна емкости.

8. Насыщенная растворенным кислородом вода, отделенная от пузырьков направляется дальше по системе очистке воды на фильтр обезжелезивания. Смотрите следующую схему.

На этом видео Вы можете посмотреть наглядно, как работает колонна напорной аэрации и какой оборудование мы используем для организации процесса окисления воды кислородом воздуха

Система обезжелезивания воды на аэрации

Обезжелезивание воды аэрацией
Входная труба оголовка аэрации заростает гидроокисью.

Дальше смотрим на схему обвязки.

  1. Компрессор аэрационной колонны включается по сигналу реле протока BRIO-2000-M, которое устанавливают ПОСЛЕ фильтра обезжелезивания. Это важно во-первых для того, чтобы реле работало в чистой воде и не подвергалось загрязнению гидроокисью. Во-вторых во время обратной промывки обезжелезивателя воздух не должен поступать, иначе в толще загрузки будет задерживаться гидроокись и фильтр будет работать не правильно.
  2. Вода, насыщенная кислородом поступает на фильтр обезжелезивания, где каталитическая загрузка усиливает реакцию окисления растворенных веществ.
  3. На поверхности загрузки и в ее верхнем слое механически задерживаются крупные частицы гидроокиси.
  4. Коллоидные частицы (взвеси) отфильтровываются в нижних слоях загрузки электростатически притягиваясь к стенкам крупиц загрузки.

Разборка, чистка, а также более наглядная работа аэрационной колонны — смотрите ВИДЕО выше.

Теперь поговорим о том из каких компонентов состоит система аэрации и как собрать колонну аэрации самостоятельно.

СОСТАВ КОМПЛЕКТА АЭРАЦИИ:

  1. Компрессор, способный нагнетать воздух в нужном объеме, преодолевая давление воды в системе водоснабжения
  2. Колонна (баллона) подходящего размера
  3. Оголовок аэрации — это пластиковая болванка с системой каналов для движения воды и воздуха
  4. Трубы подходящего диаметра и длины
  5. Рассекатель
  6. Монтажный комплект для обвязки компрессора
  7. Датчик протока
  8. Кран шаровый
  9. Обратный клапан 3/8″
  10. Фитинги 3/8″ и 1/4″ (для компрессора, оголовка и воздухоотводчика)
  11. Напорный шланг нужной длинны для подачи воздуха из компрессора в колонну
  12. Воздухоотводный клапан

По самостоятельной сборке комплекта — смотрите видеоинструкцию выше.

ochistkavodi.ru

Очистка воды с помощью метода аэрации: суть метода

Аэрация производится для преобразования растворенных соединений марганца и железа, которые есть в воде, в окислы. В данном виде они потом выпадают в осадок в виде хлопьев, которые затем задерживаются фильтрами очистных систем. Затем происходит окисление с последующей отдувкой летучих соединений. Эти соединения являются токсичными и имеют неприятный запах. Воду с высокой концентрацией солей железа в бытовых целях использовать нельзя, поскольку данные вещества будут оседать на рабочих деталях и узлах сантехники, негативно влияя на их внешний вид и функциональность. Вредны соли железа и для здоровья – постоянное употребление в пищу воды, с избытком железа, негативно сказывается на самочувствии человека, нарушает нормальную работу его органов и систем.

Необходимость обезжелезивания воды. Виды очистки аэрацией

ржавчина в трубах

Системы аэрации широко используются для очистки воды от железа в производственных и бытовых целях. Жидкость, богатая соединениями железа, органическими загрязнителями и летучими веществами, требует обязательного проведения предварительной очистки, которая заключается в окислении посторонних включений. Способы окисления существуют разные, но одним из наиболее популярных является именно аэрация. Почему? Потому что она производится без использования химических реагентов и является максимально безопасной. Вместо опасной химии используется кислород.

Основные цели использования аэрации воды из скважин:

  • удаление солей железа;
  • устранение посторонних ароматов;
  • биологическая обработка;
  • повышение концентрации кислорода.

Преимущества обезжелезивания воды аэрацией

Системы аэрации имеют следующие преимущества:

  • Компактные размеры – благодаря этому, устанавливать комплексы можно на небольших участках и внутри жилых домов.
  • Доступная стоимость – цена очистки получается более чем доступной. Точно сказать, во сколько вам обойдется эксплуатация такой системы, можно будет с учетом ее мощности, производительности и выбранного типа оборудования.
  • Автоматическая работа – аэрационные установки функционируют полностью автономно.
  • Неприхотливость в обслуживании – модули в дополнительном обслуживании не нуждаются, поэтому временные и финансовые затраты на обеспечение нормальной работоспособности техники получаются минимальными.

Способы аэрации воды

фильтр железа

Выбор способа аэрации зависит от напора воды и других факторов. Основные варианты:

  1. Электрохимический – самая современная методика. Принцип работы оборудования основывается на применении электрохимических реакций, превращающих химическую и электрическую форму энергии в электрохимическую. Данная методика обеспечивает эффективную очистку воды с повышенным содержанием солей железа. Преимущества электрохимических аэрационных комплексов – невысокий уровень шума, экономичность в эксплуатации, небольшие габариты, простое обслуживание (в зимнее время года тоже).
  2. Напорный – данный способ применяется при сильном магистральном напоре и сравнительно невысоком содержании солей железа (оно не должно превышать 15 мг/л). Когда жидкость поступает под напором в колонну, срабатывает датчик потока, компрессор включается в работу, и воздух начинает закачиваться внутрь устройства. Кислород, который содержится в воздухе, обогащает воду, после чего производится ее фильтрация.
  3. Безнапорный – методика подходит для очистки воды при низком давлении и небольшом магистральном напоре, содержании железа до 15 мг на литр. В безнапорных системах аэрации воды содержится бак, в который и поступает разбрызгиваемая форсунками жидкость. Компрессор также дополнительно обогащает ее кислородом, но в фильтр жидкость попадает благодаря работе насоса.
  4. Упрощенный – данный способ аэрации применяется при невысоком содержании и железа, и сероводорода, нейтральной кислотности жидкости. Он предполагает слив воды в карман либо канал магистрали. Окислительного бака в составе конструкции нет, что существенно снижает стоимость системы, но ограничивает ее функционал и сферы применения.

Как провести аэрацию и очистку воды

Во всех рассмотренных выше установках применяется одна и та же методика аэрации. Процесс очистки состоит из следующих этапов:

  1. Вода насыщается кислородом и окисляется до состояниях трех или двухвалентного железа. Примеси оседают в виде осадка и остаются на фильтре.
  2. Осуществляется отдувание растворенных газов, включая сероводород.

схема аэрации воды из скважины

И напорная, и безнапорная методики аэрации позволяют получать чистую питьевую воду, которую можно употреблять для питья и приготовления пищи. При этом жидкость не будет содержать химических реагентов.

Процесс обезжелезивания воды своими руками

В домашних условиях проводить очистку от растворенного железа тоже можно – для этого используются специальные вещества. Они имеют пористую структуру, весят меньше и быстро удаляют различные соединения, включая соли железа. Учтите только, что такие вещества плохо взаимодействуют с хлором – применять и их, и хлор для обеззараживания воды одновременно нельзя. Самые популярные средства для аэрации в домашних условиях – это Birm, «Магнофилт», Greensand, но есть и другие составы. Они имеют схожие принципы действия, но могут отличаться в плане эффективности.

Чтобы создать домашнюю аэрационную систему, возьмите:

  • циркулярный насос;
  • фильтрующую установку;
  • фильтр оптимальной производительности.

Каким должен быть фильтр? Выбирайте устройство, которое очищает от 250 л жидкости в день. Продумайте нюансы обустройства накопительного воздушного резервуара. Накопительный очиститель использовать можно, но не для металлических деталей (если в водопроводе есть железные муфты, фитинги, сгоны, от применения накопительной системы очистки следует отказаться).

Основа домашней системы обезжелезивания воды – резервуар, объем которого составляет 100 литров и более. При включении компрессора начинает осуществляться подача жидкости через распылительную установку (в последствии распыление воды будет происходить уже внутри емкости). Концентрацию кислорода в баке контролирует специальный элемент, а уровень воды в системе – выходные трубки (их две). На трубки нужно натянуть силиконовый материал, а на той трубке, которая используется для вывода воды из емкости, устанавливается компрессор и обратный клапан.

Компактный аэратор для воды. Преимущества и недостатки насадки на кран

Ручной компрессор или воздушный аэратор, устанавливаемый на кран водозабора, уменьшает поток воды. В процессе подачи жидкость смешивается с молекулами воздуха и очищается от частичек песка, солей металлов. Как понять, правильно работает установка или нет? Оценить правильность работы приспособления не так уже и сложно. Первое, на что следует ориентироваться – это на молочный оттенок струи воды на выходе аэратора. Если цвет другой, значит, что-то не так. Кроме того, жидкость не должна распыляться – она как бы обтекает насадку.

Материалы для изготовления компактных аэраторов используются разные, но лучше всего использовать нержавеющие или с никелированной поверхностью сплавы. Пластик – вариант рабочий, но недолговечный, кроме того, пластиковые насадки плохо выдерживают сильные потоки воды.

Преимущества насадок:

  • дешевизна;
  • невысокая шумность;
  • неприхотливость в обслуживании.

Минус у правильно установленных, качественных систем только один – это недолговечность. Не забывайте своевременно очищать насадку – для этого аэратор снимается с крана, резиновая прокладка очищается или заменяется, достается цилиндр с сетками. Очистить нужно будет все сборные элементы системы.

Аэрация – простой, эффективный, безопасный и сравнительно недорогой способ водоочистки. Его используют многие владельцы загородных участков, которые хотят быть уверены в высоком качестве воды, используемой в пищевых целях. Способы аэрации применяются разные, выбор оптимального следует осуществлять с учетом количественного содержания в воде солей металлов и других примесей. Вы можете использовать как крупные очистные системы аэрации, так и насадки на кран.

 

global-aqua.ru

2. УДАЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА ИЗ ВОДЫ УПРОЩЕННОЙ АЭРАЦИЕЙ С ФИЛЬТРОВАНИЕМ

 

    2.1. Основы процесса и технологии

 

    Этот метод очистки воды использован на большинстве станций обезжелезивания Дальнего Востока. Технология обработки воды основывается на следующих процессах: аэрация воды (насыщение кислородом воздуха) на простейших устройствах и последующее фильтрование на скорых фильтрах. По конструктивному оформлению фильтры бывают в напорном и безнапорном варианте. Аэрация может осуществляется перед каждым фильтром или в аэрационном устройстве общем для всех фильтров станции. Схема типового фильтра обезжелезивания воды приведена на рис. 2.1.

                         

                                    Обезжелезивание воды аэрацией

 

    Рис. 2.1. Фильтр обезжелезивания воды: 1 — подача исходной воды; 2 — отвод фильтрата; 3 — подача промывной воды; 4 — отвод промывной воды; 5 — поддерживающие слои фильтра; 6 — фильтрующий материал; 7 — воздушник; 8 — желоб; опорожнение фильтра

    Вода в этом фильтре насыщается кислородом воздуха при изливе ее из воронки с высоты 500 — 600 мм. При падении воды с этой высоты концентрация кислорода в ней достигает 5 — 7 мг/л. Одновременно частично удаляется растворенная двуокись углерода. Воронка располагается в кармане фильтра. Кроме схемы подачи воды, фильтр отличается от осветлительных фильтрующей загрузкой.

Параметры загрузки типовых фильтров очистки воды от железа с упрощенной аэрацией приведены в табл. 9.1.

    После аэрации начинаются реакции окисления и гидролиза, описанные формулами 1.1 и 1.2. При окислении 1 мг железа выделяется 1,6 мг свободной двуокиси углерода и на 0,043 мг-экв снижается общая щелочность воды.

Метод упрощенной аэрации основан на окислении ионов двухвалентного железа в толще загрузки фильтра и задержании образующихся соединений. При этом на зернах фильтрующего слоя одновременно происходят реакции окисления и гидролиза.

    Важную роль в процессе задержания играют явления катализа и адсорбции. В результате образуются очень прочные и постоянные связи между сформировавшимися гидроксидами и зернами фильтрующего слоя, что придает процессу фильтрования большую стабильность и независимость от гидродинамических условий. Через определенное время на поверхности зерен загрузки образуется пленка из соединений железа, играющая роль катализатора. Проведенные исследования химического состава пленки показали, что она состоит в основном из двух- и трехвалентного железа. По данным Академии коммунального хозяйства, в пленке присутствует 8 — 10 % закисного железа (при безнапорном фильтровании), 20 — 25 % (при напорном фильтровании) от ее общей массы.

    Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате которого обеспечивается непрерывное обновление пленки как катализатора непосредственно при работе фильтра. Необходимым условием образования и действия пленки является наличие в воде кислорода. При полном отсутствии кислорода процесс прекращается. Достаточная степень обезжелезивания начинается после формирования на зернах загрузки определенной массы каталитической пленки, время формирования этой массы называется временем зарядки фильтра (рис. 2.2).

 Обезжелезивание воды аэрацией   Рис . 2.2. Процесс зарядки фильтра обезжелезивания воды:

1 — моменты промывки фильтра; 2 — нормируемая концентрация

  

Метод рекомендуется применять при следующем качестве подземных вод: общее содержание железа не более 10 мг/л; содержание двухвалентного железа не менее 70 %; щелочность не менее (1+[Fe2+]/28) мг-экв/л; содержание сероводорода не более 2 мг/л; рН не менее 6.8 [7]. Фильтрация при очистки воды производится обычно сверху вниз.

    В качестве загрузки используется кварцевый песок, дробленые горные породы и другие материалы. Для загрузки следует применять тяжелые материалы, так как, только в этом случае, удается обеспечить разделение в восходящем потоке промывной жидкости хлопьев железа от зерен загрузки.

    Для лучшей промывки фильтров обычно применяют водовоздушную промывку с параметрами, указанными в [7].

К достоинствам метода упрощенной аэрации с фильтрованием относятся простота обслуживания, технологическая надежность, низкая себестоимость очистки, безреагентная обработка воды.

     Станции обезжелезивания, выполненные по схеме упрощенной аэрации с фильтрованием, работают в г.г. Находка, Южно-Сахалинск, Корсаков, Благовещенск, Магдагачи, в с. Гаровка Хабаровского края и во многих других населенных пунктах Дальнего Востока.

    Однако использование этого метода затруднено при повышенных концентрациях железа в исходной воде или наличии его органических соединений, при низких щелочности и рН воды, при присутствии сероводорода, а также в случаях одновременного присутствия ионов двухвалентного маpганца.

    Кроме того одноступенчатая схема обезжелезивания воды имеет низкую санитарную надежность. Со временем толщина пленки соединений железа на поверхности зерен загрузки увеличивается, начинается ее растрескивание и вынос мелких обломков железа в очищенную воду. Качество очищенной воды ухудшается и содержание железа в ней не удается снизить ниже 1-1,5 мг/л. Загрузку приходится менять. При плохой промывке фильтров в толще загрузки образуются конгломераты соединений железа, достигающие размера в диаметре до 10 — 15 мг/л, объем загрузки увеличивается, она как бы вспухает. Без перегрузки фильтра в этом случае обойтись трудно. Все эти недостатки особенно проявляются при высоком, 5 мг/л и более, содержании железа в воде. Фильтры в настоящее время оборудуются, как правило, системой водовоздушной промывки, обеспечивающей более глубокое удаление загрязнений из загрузки.

    Имеется несколько модификаций технологии обезжелезивания с упрощенной аэрацией. Одна из них сводится к укрупнению зерен загрузки с одновременным увеличением высоты загрузки.

 

2.2. Применение крупнозернистых фильтров для обезжелезивания воды

 

    Крупнозернистые скорые фильтры применимы не во всех случаях, но если на них достигается эффект очистки, то они имеют значительные преимущества:

    — малые потери напора при фильтровании, в результате чего увеличивается длительность работы фильтров между промывками;

    — возможность накапливать большую массу загрязняющих веществ, тем самым также увеличивается продолжительность работы фильтров между промывками. Это, в свою очередь, уменьшает затраты на их промывку и обработку промывной воды;

    — при достаточно высокой интенсивности промывки фильтров, загрязнения хорошо удаляются из них, так как большая разница в гидравлической крупности частиц загрязнений и зерен загрузки позволяют обеспечить высокую степень их разделения без потерь фильтрующего материала. Особенно это важно при обезжелезивании воды, так как при плохой промывке фильтров образуются трудноудаляемые конгломераты соединений железа.

    Фильтры с крупнозернистой загрузкой впервые были применены на Украине [12], имеются примеры их работы на Дальнем Востоке при преимущественном содержании железа в бикарбонатной форме и малой концентрации органики в подземной воде.

    Наиболее удачный пример использования крупнозернистой загрузки — станция обезжелезивания птицефабрики “Дальневосточная” (г. Хабаровск). На станции производительностью 5 000 м3/сут, работающей по методу упрощенной аэрации и фильтрования, 4 фильтра загружены гранодиоритом крупнозернистым фракции 5 -10 мм на высоту 3,5 м. При содержании железа в исходной воде до 11 мг/л, его концентрация в фильтрате не превышает 0,15 мг/л.

    Конструкция фильтра приведена на рис. 2.3. Водо-воздушная промывка обеспечивает эффективную регенерацию загрузки такого фильтра. Продолжительность фильтроцикла здесь примерно вдвое больше, чем в традиционных фильтрах.

 

 Обезжелезивание воды аэрацией

 

 

 

 

Рис. 2.3. Фильтр с крупнозернистой загрузкой и водовоздушной промывкой: 1 — подача сырой воды; 2 — дренаж; 3 — подача воздуха; 4 — желоб; 5 — фильтрующий материал

 

2.3 Обезжелезивание воды в напорных фильтрах

    При производительности до 5000 м3/сут часто применяют обезжелезивание воды в напорных фильтрах заводского изготовления. С этой целью используют механические фильтры обычного исполнения [9 -11], данные по которым приведены в разделе 9.2.

    При применении этого метода очистки вода аэрируется в напорном смесителе в трубопровод перед которым подается воздух от компрессора. Рекомендуемый расход воздуха для окисления железа составляет 2дм3 на 1 г закисного железа. Воздух подается от компрессора через ресивер с давлением на 10 — 15 % превышающем давление подаваемой воды. Для поддержания постоянства давления на трубопроводе перед смесителем устанавливается редукционный клапан. К верхней части фильтра подключается воздушная трубка для сброса воздуха и выделяющейся двуокиси углерода, при эксплуатации вентиль на ней постоянно открыт.

    При содержании железа до 5 мг/л применяют одну ступень фильтрования, более 5 мг/л — две. В двух ступенчатых схемах первый фильтр обычно называют контактным, второй осветлительным, хотя процесс обезжелезивания протекает на обеих ступенях. Технологическая схема очистки воды по этому методу приведена на рис. 2.4.

 Обезжелезивание воды аэрацией  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.4. Принципиальная схема обезжелезивания воды фильтрованием в двух ступенях напорных фильтров: 1 — смеситель воды и воздуха; 2 — фильтр первой ступени; 3 — то же второй ступени; 4 — подача воды от водозабора; 5 — сжатый воздух от ресивера; 6 — поток воды на параллельные фильтры; 7- очищенная вода; 8 — подача воды на промывку фильтра; 9 — отвод промывных вод; 10 — воздух; 11 — воздушная трубка

   

    В напорных фильтрах, по сравнению с открытыми, обеспечивается более высокая степень очистки воды от железа. Это объясняется более высоким давлением вводимого в фильтры воздуха. Поскольку растворимость газов пропорциональна их давлению над поверхностью жидкости, достигается более высокая растворимость кислорода в воде и больший его избыток в реакции окисления железа.

Параметры работы напорных фильтров аналогичны параметрам открытых фильтров ( табл. 2.1 ). Напорные фильтры, по сравнению с открытыми, быстрее монтируются и имеют более качественное исполнение, так как изготавливаются в заводских условиях.

    Обезжелезивание воды в напорных фильтрах применяется на многих станциях и населенных пунктах Дальнего Востока: г. Спасск-Дальний, пос. Приамурский ЕАО, ст. Аур, ст. Комсомольск-Сортировочная, с. Черная речка, Хабаровский судостроительный завод и в других местах. Например, успешное обезжелезивание достигается на установке производительностью 1600 м3/сут в пос. Приамурский. Установка состоит из двух контактных фильтров диаметром 2.0 м и двух осветлительных диаметром 2.6 м. Рабочие скорости фильтрования в контактных фильтрах — 6.4 м/ч, в осветлительных — 4 м/ч. Обе ступени фильтров загружены песком гранодиоритовым с диаметром зерен 0.8 — 2. 0 мм и высотой 1000 мм. Промывка фильтров — водовоздушная. Исходная вода имеет следующий состав рН = 5.5, Eh = 68 мВ, Fe2+= 20 мг/л, Mn = 0.6 мг/л, CO2= 70 мг/л. Станция обеспечивает очистку воды по железу до 0,02 мг/л, а по марганцу до 0,4 — 0,45 мг/л.

    Многие фирмы в России и за рубежом поставляют комплектно-блочные установки обезжелезивания воды в напорных фильтрах. В этом случае станция состоит из нескольких быстровозводимых блоков, представляющих контейнеры со смонтированным технологическим оборудованием и трубопроводами. Вес таких блоков может колебаться от десятков тонн, при транспорте их самолетом или поездом, до тысяч тонн — при транспорте водным путем. После доставки на место строительства остается смонтировать блоки между собой и подключить к внешним коммуникациям. Комплектно-блочный метод строительства получил распространение в поселках нефтегазового комплекса Западной Сибири.

 

2.4. Обезжелезивание в двух ступенях открытых фильтров

 

    При содержании железа в пределах 10 — 15 мг/л и pH не менее 6.3 — 6.4 более надежное обезжелезивание достигается упрощенной аэрацией и фильтрованием через две ступени открытых фильтров. Первым, по ходу движения воды, применяется фильтр с восходящим движением воды, в котором используются принцип фильтрации воды в направлении убывающей крупности зерен загрузки. Этим достигается повышение грязеемкости фильтра при равных потерях напора. В качестве второго используется обычный скорый фильтр. Такая схема двухступенчатого фильтрования позволяет обеспечить более компактную высотную компоновку здания. Принципиальная схема этого метода обезжелезивания приведена на рис. 2.5.

Обезжелезивание воды аэрацией

Рис. 2.5. Технологическая схема обезжелезивания воды на двух ступенях фильтров: 1 — аэратор; 2, 3 — фильтры первой и второй ступени; 4 — резервуар чистой воды; 5 — башня промывки фильтров; 6 — насос подкачки промывной воды; 7 — компрессор; 8 — ресивер; 9 — баллон с хлором; 10 — испаритель; 11 — промежуточный баллон; 12 — дозатор хлора; 13 — эжектор; 14 — песколовка; 15 — резервуар-отстойник промывной воды; 16 — шламовый насос; 17 — насос перекачки отстоенной воды; 18 — гидроэлеватор; 19 — к насосной станции

    В этой схеме вода из скважин подается в аэрационный бассейн 1, где вода насыщается кислородом и из нее частично удаляется двуокись углерода.

     Из бассейна вода поступает на фильтры первой ступени 2, по конструкции аналогичных контактным осветлителям. Движение воды в фильтре направлено снизу-вверх. Показанный на схеме фильтр выполнен с водовоздушной промывкой и низким отводом промывной воды.

    Далее частично очищенная вода поступает на фильтр второй ступени 3. Этот фильтр по конструкции аналогичен фильтру 2, но отличается от него загрузкой и параметрами фильтрования, принимаемыми по [7] или по табл. 9.1. Применение водовоздушной промывки и низкого отвода промывной воды обеспечивает эффективную отмывку загрузки при относительно малом расходе промывной воды.

Фильтрованная вода обеззараживается и отводится в резервуар чистой воды 4. Для промывки фильтров используется водонапорная башня 5, подкачка воды в башню производится насосом 6. Подача воздуха для промывки фильтров производится компрессором 7 через ресивер 8. На схеме показано оборудование для обеззараживания воды хлором 9, 10, 11, 12, 13. Промывные воды фильтров через песколовку 14 подаются в резервуар-отстойник 15. Из резервуара 15 отстоенная вода насосом 17 перекачивается в голову сооружений.

    Песок из песколовки с помощью гидроэлеватора удаляется на песковую площадку, насос 16 перекачивает шлам из отстойника на сооружения его обезвоживания.

3. БЕЗРЕАГЕНТНЫЕ СХЕМЫ УДАЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ ВОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ УСИЛЕННОЙ АЭРАЦИИ

    Нормами [7] упрощенная аэрация рекомендуется при значении рН исходной воды более 6,8. При меньших значениях рН, а также при больших концентрациях двуокиси углерода или сероводорода, целесообразно применять усиленную аэрацию в специальных сооружениях. Усиленная аэрация способствует десорбции газов из воды, тем самым повышается ее рН и ускоряется процесс окисления и гидролиза железа. После аэрации вода сразу, до образования хлопьев гидроокиси железа подается на фильтры.

    Принципиальная сема обезжелезивания воды с аэрацией в градирне приведена на рис. 3.1. По этому принципу работает установка обезжелезивания воды на станции Дземги ДВ ж.д.

 Обезжелезивание воды аэрацией Рис. 3.1. Очистка подземных вод фильтрованием с предварительной усиленной аэрацией: 1 — градирня-дегазатор; 2 — скорый фильтр; 3 — резервуар чистой воды; 4 — от скважин; 5 — вентилятор; 6- подача промывной воды; 7 — сброс промывной воды; 8 — к насосной станции второго подъема

 

    На рис. 3.1. приведена схема с аэрацией в вентиляторной градирне. Она позволяет снизить содержание двуокиси углерода в воде до концентрации 8 — 10 мг/л.

    Если не требуется глубокое удаление двуокиси углерода из воды для аэрации используются брызгальные установки, позволяющие снизить концентрацию двуокиси углерода на 60 — 70%. Они могут располагаться над резервуаром, тогда они конструируются как брызгальные бассейны, над фильтрами или его центральным каналом.

    Очень глубокое удаление двуокиси углерода достигается в вакуумно-эжекционных декарбонизаторах (ВЭД), остаточное содержание ее в воде после установки составляет 3 -5 мг/л.

    Глубокая аэрация в ВЭД с последующим фильтрованием на скорых фильтрах впервые было применено в Волгоградской области. В этих аппаратах вакуум образуется за счет создания струи с большой скоростью, благодаря вакууму организуется подсос воздуха и образование водовоздушной эмульсии. По этой причине происходит насыщение воды воздухом, удаление растворенной углекислоты и повышение рН, следовательно создаются благоприятные условия для очистки воды от железа. Метод реализован при концентрациях железа до 7 мг/л и требует больших затрат энергии, так как потери напора в ВЭД велики.

Подробные описания и выбор типа аэрационного устройства приведены в разделе 9.1.

4. РЕАГЕНТНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ

    Реагентные методы очистки воды от растворенного железа применяются в случаях, когда при опытном обезжелезивании аэрационными методами не удается достигнуть требуемого эффекта. Обычно это происходит при больших концентрациях железа и присутствия его в трудноокисляемых формах. Реагенты в обрабатываемую воду вводятся с целью повышения рН и, тем самым, ускорения гидролиза железа и хлопьеобразования, коагуляции хлопьев, окисления закиси железа. Как правило, в реагентных методах обезжелезивания применяется и аэрация, так как в этом случае уменьшается расход реагентов для подщелачивания и окисления. Для подщелачивания воды наиболее эффективно применение извести, для окисления железа — хлора или озона.

    Так как в реагентных методах очистки образуется большая концентрация взвешенных форм железа, то, как правило, при применении этих схем проектируется две ступени осветления воды: отстойники — фильтры или осветлители — фильтры.

    На рис. 4.1 приведена традиционная схема обезжелезивания воды с применением реагентов. В предложенной схеме вода аэрируется на вентиляторной градирне 1, здесь же удаляется основная масса свободной двуокиси углерода. Далее перед отстойником в воду вводится известковое молоко. Образующаяся взвесь удаляется в отстойнике 9 и фильтре 8. При необходимости, кроме извести в воду вводится и коагулянт.

 Обезжелезивание воды аэрацией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1. Очистка воды от железа аэрацией с известкованием: 1 — 8 — см. надписи к рис. 3.1; 9 — вертикальный отстойник; Р — ввод реагента

    По описанной технологии работала Южная водопроводная станция г. Хабаровска, закрытая вследствие малой производительности.

    Для малых водопроводов НИИ КВОВ рекомендует метод обезжелезивания воды с известкованием осуществлять в установках заводского изготовления "Струя" или "Влага", с дозой извести до 50 мг/л.

    На рис. 4.2 приведен другой вариант технологии обезжелезивания воды с применением реагентов. По этой технологии работает водопроводная станция авиационного завода в г. Комсомольске-на-Амуре производительностью 12500 м3/сут. Исходная вода имеет следующие показатели качества: температура 9 — 11 оС; щелочность 1.3 — 1.4 мг-экв/л; железо 12 — 15 мг/л; марганец 4 — 5 мг/л; рН = 6.1 — 6.3; жесткость 0.8 — 0.9 мг-экв/л; аммоний солевой 1.6 — 2.8 мг/л.

Только аэрационными методами очистить эту воду не удалось, поэтому была принята нижеописанная технология.

    Вода от скважин подается в смеситель 1, туда же от компрессора 6 подается воздух для окисления железа. Предусмотрено оборудование для ввода извести “И” и полиакриламида “ПАА”. Далее вода последовательно пропускается через осветлитель коридорного типа со взвешенным слоем осадка 2, скорый фильтр 3 и отводится в резервуар чистой воды 4. Промывка фильтров производится от насосов 7.

    Промывные воды фильтров и шлам с осветлителей отводятся в емкости 5, после чего равномерно насосами 9 подаются на фильтр-прессы 8. Фильтрат фильтр-прессов имеет низкое содержание загрязнений, поэтому он отводится в резервуар чистой воды. Шлам с фильтр-прессов вывозится на полигон отходов.

    На станции установлены 4 скорых фильтра размером в плане 5 х 6 м. В качестве фильтрующей загрузки используется песок гранодиоритовый диаметром зерен 0.7 — 2.0 мм и высотой слоя 1900 мм. Дренаж фильтров — трубчатый, с круглыми отверстиями. Для поддерживающих слоев используется щебень гранодиоритовый фракциями от 2 до 40 мм.

    Выбор аэрационных устройств производится в результате технико-экономического сравнения вариантов. Чем совершенней аэратор, тем меньше будет расход извести на нейтрализацию растворенного диоксида углерода. При аэрации и известковании подземных вод протекают реакции:

                Обезжелезивание воды аэрацией                            (4.1)

 

         Обезжелезивание воды аэрацией        (4.2)

 

    Вместо извести возможно применение соды Na2CO3, но затраты на реагенты будут значительно большими. Ориентировочные дозы извести Ди (в расчете на CaO ) или соды Дс, мг/л, определяются по формулам

        Ди= 0,8 [CO2] + 1,8 [Fe2+], Дс= 2,5 [CO2] + 4 [Fe2+]                (4.3)

    Высокая стоимость хорошей извести на Дальнем Востоке затрудняет эксплуатацию станций обезжелезивания с известкованием воды.

    Кислород воздуха является слабым окислителем, поэтому при присутствии трудноокисляемых форм железа или наличия в воде органических соединений применяют более эффективные реагенты-окислители: хлор Сl2, озон O3, перманганат калия KMnO4.

Рис. 4.2. Технологическая схема станции обезжелезивания подземных вод с применением осветлителей

 

    Чаще всего в качестве окислителя применяется хлор, реакция окисления железа в этом случае имеет вид

2 Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2Обезжелезивание воды аэрацией2 Fe(OH)3Обезжелезивание воды аэрацией+ CaCl2 + 6 CO2          (4.4).

 

    При хлорировании, аэрацию воды обычно не проводят. Теоретический расход хлора составляет 0,64 мг на 1 мг Fe2+. В действительности доза может быть в 2 — 5 раз выше, она зависит от рН, времени контакта, наличия в воде других окисляемых веществ и других факторов. На практике дозу хлора определяют по данным опытного фильтрования и построения кривой хлоропоглощаемости. Остаточный хлор определяют в очищенной воде. На рис. 4.3 показан пример построения такой кривой для водозабора в пригороде г. Хабаровска. В воде водозабора содержится Fe2+ = 13 мг/л; Mn2+ = 0,4 мг/л; NH4+ = 3,4 мг/л; pH = 6,8.

    Доза хлора, в рассматриваемом примере, выбирается за переломом кривой хлоропоглощаемости и равна 29 мг/л, то есть в 3,5 раза больше, чем по стехиометрическому расчету. Перелом в кривой наблюдается при совместном присутствии железа и марганца, а также при наличии комплексных соединений железа.

    Процесс обезжелезивания воды хлорированием проводят фильтрованием в открытых или напорных фильтрах (см. рис. 2.1 и 2.6) , но вместо воздуха перед фильтрами вводят хлор. При вводе избытка хлора, перед резервуаром чистой воды требуется подача нейтрализующих хлор веществ: бисульфита натрия N2SO3 или сернистого газа SO2.

РОбезжелезивание воды аэрациейис. 4.3. Кривая хлоропоглощаемости на водозаборе Фе-доровский: 1 — концентрация общего хлора; 2 — концентрация свободного хлора

 

 

    Ввод реагентов-окислителей используется в установках и технологиях поставляемых компанией Filtroniсs, Inc (США).

Принципиальная схема очистки воды в системе Filtroniсs Elektromedia приведена на рис. 4.4. Как видно из схемы, вода движется по емкостям находящимися под давлением, что позволяет установить их на одной отметке. Давление создается насосом скважины.

    Нейтрализация избытка хлора производится до фильтра или после него, для чего сооружения обвязываются соответствующими трубопроводами. Очередность нейтрализации зависит от качества природной воды, особенно от наличия органики. При наличии трудноокисляемых и органических загрязнений, желателен более длительный контакт воды с окислителями, поэтому ввод нейтрализаторов предусматривают после фильтра. Промывка фильтров производится очищенной водой из резервуара чистой воды. Применяется автоматическое или ручное управление установкой.

    По данным компании Filtroniсs, Inc, работа таких установок в Канаде характеризуется показателями, приведенными в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1.

Показатели работы установок в Канаде

Качество исходной воды, мг/л

Доза хлора, мг/л

 

Скорость фильтрования

Железо

Марганец

Gpm/Ft2

м/ч

<1

<1

3.0

15

36.6

<2

<2

3 — 5

10

24.4

2 — 7

<3

5 — 7

5

12.2

>7

<3

12 — 15

<5

<12.2

    Для ориентировки в американских единицах измерения, скорость фильтрования приведена также в галлонах в минуту на квадратный фут (Gpm/Ft2). По сведениям от специалистов компании установки Filtroniсs Elektromedia работают в городах штата Калифорния: Ventura — 4.5 миллиона галлонов в сутки (710 м3/ч), Vanderberg -1500 gpm (340 м3/ч), в г. Гуамас (Мексика) и в других пунктах. В г. Гуамасе работает 10 скважин, содержание железа в подземной воде до 1,0 мг/л, марганца до 0,7 мг/л. После установки содержание железа и марганца менее 0,01 мг/л. Стоимость обработки воды $ 0.01/м3.

    Продолжительность контакта воды с окислителем составляет 15 — 45 мин, скорость фильтрования 5 — 7 м/ч. Кроме жидкого хлора возможно также применение гипохлорита натрия NaOCl, перманганата калия и озона.

 Обезжелезивание воды аэрацией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Рис..4.4. Принципиальная схема обезжелезивания и деманганации в системе Filtroniсs Elektromedia: 1 — контактная камера окисления; 2 — контактная камера нейтрализации избытка хлора; 3 — фильтр; 4 — подача воды от скважин; 5 — ввод хлора; 6 — ввод реагента для нейтрализации хлора; 7 — отвод очищенной воды в резервуар; 8 — подача промывной воды

    В проспекте фирмы указывается возможная производительность системы Filtroniсs Elektromedia до 2300 gpm (522 м3/ч) и скорость фильтрования до 36 м/ч. Потери давления в фильтрах составляют около 0,083 МПа (8 м вод. ст.). Стоимость оборудования Filtroniсs Elektromedia производительностью 1000 м3/сутки без резервуаров составляет $ 400.000 по состоянию цен на 1997 г.

    Анализ технологии Filtroniсs для условий Хабаровского края показал экономическую целесообразность его применения только для небольших установок производительностью до 100 — 200 м3/сут, так как технология требует большого расхода реагентов, а обработанная вода имеет высокую коррозийную активность.

textarchive.ru

В. В. Банников, канд. техн. наук
Директор предприятия «Экосервис Технохим»
(www.etch.ru)

Содержание

1. Обезжелезивание воды

 1.1. Химизм процессов в воде с участием железа

 1.2. Методы обезжелезивания воды

  Упрощенная аэрация

  Аэрация на специальных устройствах

  Коагуляция и осветление, известкование

  Введение реагентов-окислителей

 1.3. Скорые напорные фильтры обезжелезивания

 1.4. Каталитические наполнители

2. Деманганация воды

 Глубокая аэрация с последующим фильтрованием

 Деманганация перманганатом калия

 Каталитическое окисление марганца

 Фильтрование через модифицированную загрузку

 Введение реагентов-окислителей

Литература

Для обезжелезивания поверхностных вод используются только реагентные методы с последующей фильтрацией. Обезжелезивание подземных вод осуществляют фильтрованием в сочетании с одним из способов предварительной обработки воды:

  • упрощенная аэрация,
  • аэрация на специальных устройствах,
  • коагуляция и осветление,
  • введение реагентов-окислителей, таких как хлор, гипохлорит натрия или кальция, озон, перманганат калия;

При мотивированном обосновании применяют и другие методы, например катионирование, диализ, флотация, электрокоагуляция и др.

Для удаления из воды железа, содержащегося в виде коллоида гидроксида железа Fe(OH)3 или в виде коллоидальных органических соединений, например гуматов железа, используют коагулирование сульфатом алюминия или железным купоросом с добавлением хлора или гипохлорита натрия.

В качестве наполнителей для фильтров в основном используют песок, антрацит, сульфоуголь, керамзит, пиролюзит, а также фильтрующие материалы, обработанные катализатором, ускоряющим процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное. В последнее время все большее распространение получают наполнители с каталитическими свойствами: Manganese Greensand (MGS), Birm, МТМ и МЖФ.

При наличии в воде коллоидного двухвалентного железа требуется проведение пробного обезжелезивания. Если отсутствует возможность осуществить его на первой стадии проектирования, выбирают один из вышеперечисленных методов на основании проведенного пробного обезжелезивания в лаборатории или опыта работы аналогичных установок.

Упрощенная аэрация

В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа.

Этот метод допускается применять при следующих качественных показателях воды [1,2]:

  • общее содержание железа до 10 мг/л, при этом содержание двухвалентного железа не менее 70%;
  • величина рН не менее 6,8;
  • щелочность более (1+ [Fe2+]/28) мг-экв/л, где [Fe2+] — концентрация двухвалентного железа в мг/л;
  • содержание сероводорода не более 2 мг/л;
  • перманганатная окисляемость не более (0,15[Fe2+] + 5 мг/л О2).

Если одно из этих условий не выдерживается, нужна предварительная аэрация воды в аэраторах с добавлением в нее необходимых реагентов (хлор, гипохлорит натрия, перманганат калия и др.)

При содержании в воде сульфата железа FeSO4 аэрация воды не позволяет провести ее обезжелезивание. Это связано с тем, что при гидролизе растворенной соли железа образуется кислота, понижающая рН воды менее 6,8, и процесс гидролиза почти прекращается. Поэтому для удаления из воды кислоты требуется ее известкование с осаждением плохо растворимого гипса CaSO4:

FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaSO4 (3)

После известкования требуется отстаивание и фильтрация воды.

Упрощенную аэрацию можно реализовать путем излива воды в карман или в центральный канал открытых фильтров с высоты над уровнем воды 0,5-0,6 м.

При использовании напорных фильтров воздух вводят непосредственно в подающий трубопровод с нормой расхода 2 л на 1 г железа Fe2+. Если в исходной воде более 40 мг/л свободной углекислоты и более 0,5 мг/л сероводорода, то воздух в трубопровод не вводят. В этом случае перед напорным фильтром необходимо установить промежуточную емкость со свободным изливом воды и повысительный насос.

СНиП [1] определяют расчетную скорость фильтрования при обезжелезивании воды упрощенной аэрацией с помощью нижеследующей таблицы.

Таблица 1

Характеристика фильтрующего слоя при обезжелезивании воды упрощенной аэрацией Расчетная скорость фильтро-
вания,
м/ч
Мин. диаметр зерен, мм Макс. диаметр зерен, мм Эквивалентный диаметр зерен, мм Коэффициент неоднород-
ности
Высота слоя, мм
0,8 1,8 0,9 -1,0 1,5 — 2 1000 5 — 7
1 2 1,2 — 1,3 1,5 — 2 1200 7 — 10

Используя характеристики конкретного наполнителя фильтра и руководствуясь параметрами табл. 1, можно выполнить расчет фильтровальной станции. СНиП [1] требует, чтобы продолжительность работы фильтров между промывками составляла при нормальном режиме не менее 8-12 часов и не менее 6 часов при форсированном режиме или при полной автоматизации промывки фильтра.

Общую поверхность фильтрования можно определить по формуле:

F = Q / (Tстvн — nпрqпр — nпрtпрvн), (1)

где Q — полезная производительность фильтровальной станции за 1 сутки, м3; Tст — продолжительность работы станции в течение суток, ч; vн — расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по табл. 1, с учетом соотношения (3); nпр — число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации; qпр удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, м32 (определяется из паспортных данных фильтра и эксплуатационных характеристик наполнителя); tпр — время простоя фильтра в связи с промывкой, ч (определяется из паспортных данных фильтра и рабочих характеристик наполнителя).

Количество фильтров в составе фильтровальной станции производительностью более 1600 м3/сутки должно быть не менее четырех. При производительности более 8-10 тыс. м3/сутки количество фильтров N следует определять с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных в зависимости от компоновки фильтров) по формуле:

N = (F)0,5 / 2 (2)

При этом должно быть выдержано соотношение:

Vф = Vн N / (N — N1) (3)

где N1 — число фильтров, находящихся в ремонте; Vф — скорость фильтрования при форсированном режиме.

Аэрация на специальных устройствах

Аэрация на специальных устройствах используется, когда необходимо удалить из воды железо при концентрации его в воде выше 10 мг/л и увеличить величину рН выше 6,8.

Для осуществления аэрации используют вентиляторные градирни (дегазаторы), либо контактные градирни с естественной вентиляцией. На рис. 1 представлена схема установки для обезжелезивания воды аэрацией. Исходная вода через патрубок 1подается в верхнюю часть вентиляторной градирни, заполненной керамической насадкой 4 (кольца Рашига размером 25х25х4 мм) или деревянной хордовой насадкой из брусков. Навстречу потоку воды с помощью вентилятора 5 направляют воздух. В процессе аэрации выделяется углекислота (диоксид углерода), а вода обогащается кислородом. Из градирни вода стекает в контактную емкость 7, откуда насосом подается в напорный фильтр. В объеме наполнителя фильтра завершается образование хлопьев гидроксида трехвалентного железа и их задержание.

Обезжелезивание воды аэрацией
Рис. 1. Схема установки обезжелезивания воды аэрацией.

1 — патрубок для подачи исходной воды в вентиляторную градирню; 2 — водосливные трубки; 3 — воздушные трубки; 4 — насадка; 5 — вентилятор; 6 — патрубок для отвода обработанной воды; 7 — контактная емкость с гидравлическим затвором; 8 — патрубок для выхода газов из градирни.

Площадь поперечного сечения дегазатора вычисляется исходя из плотности орошения (Пор):

  • керамическая насадка — 60 м3/ч на 1 м2 площади дегазатора,
  • деревянная хордовая насадка — 40 м3/ч на 1 м2 площади.

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу не менее 15 м3 воздуха на каждый куб. метр обрабатываемой воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления насадки. На каждый метр высоты слоя керамической насадки «теряется» 30 мм вод. ст., а для деревянной хордовой — 10 мм вод. ст.

Время пребывания воды в контактной емкости tконт (после дегазатора) составляет 30-45 минут.

Высота слоя насадки, необходимая для снижения содержания диоксида углерода в воде, определяется с помощью табл. 2. Содержание диоксида углерода в воде, подаваемой в градирню (дегазатор) зависит от концентрации растворенного (равновесного) свободного диоксида углерода [СО2]св, мг/л и карбонатной жесткости исходной воды, разрушаемой при водоподготовке, мг-экв/л [1,4,2]:

[СО2] = ([СО2]св + 44 Жк) (4)

Таблица 2

Содержание СО2 в воде, подаваемой на дегазатор, мг/л Высота слоя насадки в дегазаторе, м
Кислотоупорная керамическая деревянная хордовая
1 2 3
50 3 4
100 4 5,2
150 4,7 6
200 5,1 6,5
250 5,5 6,8
300 5,7 7

Блок аэрационного окисления входит в состав установки «Деферрит», разработанной НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды и выпускаемой предприятием «Водкоммунтех». Производительность установки по очищенной воде от 50 до 20000 м3/сут.

ПРИМЕР 1. Выполнить расчет установки обезжелезивания производительностью:

  • суточная, Qсут — 12000 м3,
  • часовая, Qчас — 500 м3.

Содержание двухвалентного железа в исходной воде равно 8 мг/л, величина рН = 7,1.

Концентрация свободного диоксида углерода — 35 мг/л, карбонатная жесткость — 4,5 мг-экв/л.

Для аэрации использовать дегазатор с вентилятором. Насадка дегазатора — кольца Рашига.

1. Требуемая площадь дегазатора Fдег, м2, определяем по формуле:

Fдег = Qчас / Пор

Плотность орошения дегазатора, заполненного кольцами Рашига, составляет 60 м3/ч.

Тогда: Fдег = 500/60 = 8,33 м2.

2. Диаметр дегазатора определим по формуле:

D = (4 Fдег/ 3,14)0,5 = (4*8,33 / 3,14)0,5 = 3,26 м.

3. С помощью выражения (4) определим содержание диоксида углерода в исходной воде: [СО2] = (35 + 44*4,5) = 233 мг/л.

Высота слоя насадки из колец Рашига Нр принимается в соответствии с таблицей 2 равной 5,5 м.

4. Производительность вентилятора дегазатора равна:

Qвент = 15 * Qчас = 15*500 = 7500 м3/ч.

5. Напор, который необходимо развивать вентилятору, равен:

Нвент = 30 * Нр = 30*5,5 = 165 м.

6. Объем контактной емкости:

Vконт = Qчас tконт /60 = 500*40/60 = 333,33 м3.

Если принять высоту слоя воды в контактной емкости в виде цилиндрического резервуара 8 м, то ее диаметр будет равен 7,3 м.

Коагуляция и осветление, известкование

Из поверхностных вод, как правило, необходимо удалить взвеси и коллоидно-дисперсные вещества, включающие соединения железа. Освобождение воды от взвеси и коллоидных веществ возможно осуществить только путем ввода специальных реагентов-коагулянтов. Данный метод обработки воды называют коагуляцией. Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка.

Рабочий режим и оборудование для осветления и коагуляции исходной воды выбирают исходя из характера и уровня содержания загрязнений. При этом если необходимо одновременно повысить щелочность воды и снизить ее солесодержание, рассматриваемые процессы совмещают с известкованием.

Процесс коагуляции достаточно сложен и нет строгих стехиометрических соотношений между дозой коагулянта и количеством растворенных коллоидных веществ в исходной воде. Поэтому дозу определяют методом пробного коагулирования.

В качестве коагулянтов применяют:

  • сульфат алюминия (глинозем) Al2(SO4)3 * 18 H2O при рН исходной воды 6,5-7,5;
  • сульфат железа (железный купорос) FeSO4 * 7 H2O при рН воды 4-10;
  • хлорное железо FeCl3 * 6 H2O для воды с рН 4-10.

Для интенсификации процесса коагуляции в воду дополнительно вводят флокулянты (наиболее распространен полиакриламид). Флокулянты способствуют укрупнению осадка и ускоряют процесс слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных частиц [7].

При достаточном содержании в воде карбонатной жесткости (выше 1 мг-экв/л) коагулянты вначале образуют неустойчивые бикарбонаты (реакции 4), которые разлагаются с образованием хлопьев гидроксидов (реакции 5):

Al2(SO4)3 + 3 Са(HCO3)2 = 2 Al(HCO3)3 + 3 CaSO4 (4)

FeSO4 + Ca(HCO3)2 = Fe(HCO3)2 + CaSO4

2 Al(HCO3)3 = 2 Al (OH)3↓ + 6 CO2 (5)

4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3↓ + 8 CO2

По реакции 5 видно, что для образования хлопьев гидроксида железа необходимо наличие в воде растворенного кислорода.

Если карбонатная жесткость исходной воды невелика, то ее подщелачивают раствором гидроксида натрия или «известковым молоком» (раствор Ca(OH)2):

4 FeSO4 + 4 Ca(OH)2 + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 ↓ + 4 CaSO4 (6)

Осветление и обесцвечивание мутных вод с повышенной жесткостью предпочтительнее осуществлять коагулянтами при высоких значениях рН, а цветных мягких вод — при пониженных рН.

При реализации процесса коагуляции температуру воды поддерживают в пределах 20-25 оС, а при осуществлении коагуляции с известкованием воду подогревают до 30-40 оС.

Дозу коагулянта сульфата алюминия обычно принимают в пределах 0,5-1,2 мг-экв/л. Для воды с умеренным (до 100 мг/л) содержанием взвеси и с небольшой окисляемостью дозу понижают, а для вод с содержанием железа и с высокой окисляемостью (15 мг/л О2 и выше) ее повышают до 1,5 мг-экв/л. Для цветных вод дозу можно ориентировочно определить по формуле [7]:

Дк = 4 (Ц)0,5, (5)

где Дк — доза коагулянта, мг/л; Ц — цветность воды, градусы.

Дозировка флокулянта полиакриламида в виде 0,1 %-ого раствора составляет 0,1-1,0 мг на каждый литр обрабатываемой воды (в пересчете на 100%-ный продукт). Флокулянт добавляют спустя 1-3 минуты после дозирования коагулянта с целью завершения формирования микрохлопьев и адсорбции загрязнений.

При необходимости подщелачивания воды дозу щелочи можно определить из выражения:

Дщ = Эщкк — Щ + 1)*100/С, (6)

где Дщ — доза щелочи, мг/л;

Эщ — эквивалентная масса активной части пощелачивающего реагента, равная для извести 28 (в пересчете на СаО) и 53 для соды (в пересчете на Na2CO3), мг/мг-экв;

Эк — эквивалент безводного коагулянта, равный 57,02 мг/мг-экв для Al2(SO4)3; 75,16 — FeSO4; 54,07 — FeCl3;

Щ — общая щелочность исходной воды + 1 (резервная щелочность), мг-экв/л;

С — концентрация активного вещества в реагенте для подщелачивания, %.

Если величина Дщ при расчете по выражению (6) отрицательна, то подщелачивания не требуется.

Когда в исходной воде содержание взвешенных веществ менее 100 мг/л, коагуляцию осуществляют непосредственно на осветлительных фильтрах с дозировкой коагулянта в подающий трубопровод. Расстояние от точки ввода коагулянта до фильтра должно составлять ≥ 50 диаметров трубопровода (50 Dу).

При концентрации взвеси более 100 мг/л в обрабатываемую воду помимо коагулянта вводят полиакриламид с соответствующим временным разрывом, а процесс ведут в осветлителе.

Дозирующие насосы подбирают исходя из максимальной дозы коагулянта. Cуточный расход коагулянта (в пересчете на безводный 100 %-ный продукт, кг) определяют по формуле:

Pк = 24*Qчаскк/1000, (7)

где Qчас — производительность установки по воде, м3/ч;

Эк — эквивалент безводного коагулянта, равный 57,02 для Al2(SO4)3; 75,16 — FeSO4; 54,07 — FeCl3;

Дк — максимально требуемая доза коагулянта, мг-экв/л.

Расход раствора коагулянта находят при помощи следующего соотношения:

Vк = 100 *Рк / (Скк), (8)

где Vк — суточный объем раствора коагулянта, м3/сутки;

Ск — концентрация коагулянта в дозируемом растворе, обычно равна 5-10 %;

ρк — плотность раствора коагулянта, кг/м3.

www.etch.ru


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.