Обезжелезивание воды аэрацией

В современной водоочистке применяются разные способы удаления примесей из воды. Соли железа вредны и для здоровья, и для внутренних деталей, узлов очистных систем. Избавиться от них можно путем обезжелезивания. Самый эффективный вариант – аэрация воды. Он предполагает искусственное создание интенсивного воздухообмена, в результате которого происходит активное насыщение воды кислородом, окисление железа, выпадение растворенного в воде железа в осадок, очистка и нормализация состава воды.

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.

и 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

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

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.

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

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.

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

Газ синтезируется из кислорода в специальном устройстве, после чего он поступает в емкость с жидкостью. Очищенная от примеси вода проходит в фильтр тонкой очистки, а из него – в систему водоснабжения.

Преимущества озонирования очевидны: процесс очищения проходит очень быстро, при этом вода обогащается кислородом, а болезнетворные бактерии погибают.

Недостатки:

метод считается одним из самых дорогостоящих;

озон сам по себе весьма токсичен, поэтому при эксплуатировании установки следует строго следовать правилам техники безопасности;

после очищения озонатором, вода приобретает окислительную способность, из-за чего водопроводные трубы и емкости для хранения питьевой воды должны быть выполнены из стойкого материала (ПВХ, нержавеющая сталь);

при неправильном использовании установки повышается риск обогащения воды токсичными продуктами окисления, которые будут во много раз опаснее примесей, присутствующих в воде до озонирования;

из-за своей высокой реакционноспособности озон быстро разлагается и его бактерицидное действие становиться весьма недолгим.

5. Биологическое обезжелезивание.

Этот метод подразумевает использование железобактерий, окисляющих двухвалентное растворённое железо до трёхвалентного, в целях очистки воды, с последующим удалением коллоидов и бактериальных плёнок в отстойниках и на фильтрах.

В некоторых случаях это оказывается единственным приемлемым способом снизить содержание железа в воде. Прежде всего – когда концентрации железа в воде особенно велики, свыше 30 мг/л.

Чтобы микроорганизмы нормально существовали, нужно поддерживать кислую среду на низком уровне, одновременно обеспечивая подачу кислорода из воздуха.

Также применяют биологическое обезжелезивание, если в воде высоко содержание сероводорода и углекислоты. Такая вода подвергается фильтрации через колонии бактерий на медленных фильтрах с песчано-гравийной загрузкой. Затем подвергают сорбционной очистке для задержания продуктов жизнедеятельности бактерий и ультрафиолетовому обеззараживанию.

Безусловно, такой метод экологичен и эффективен, однако у него есть большой минус: низкая скорость процесса. Кроме того, чтобы производительность очистки была на должном уровне, необходимо иметь очистные емкости больших размеров.

Список использованной литературы:

В.Г. Арсенов «Водоснабжение промышленных предприятий».

М. Иванов «Цветность воды», статья в журнале Аква-Терм декабрь 2012 года

Е. Хохрякова «О выборе метода обезжелезивания воды», статья в журнале Аква-Терм июль 2008 года

В. В. Банников «Обезжелезивание и деманганация воды»,

В.В. Кулаков, Е.В. Сошников, Г.П. Чайковский «Обезжелезивание и деманганация подземных вод».

А.К. Запольский, А.А. Баран «Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды», 1987.

С.В.Черкасов «ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ВОДЫ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА»,

Б. Е. Рябчикова «Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования»

pikabu.ru

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

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 / (T_стv_н – n_прq_пр – n_прt_прv_н), (1)

где Q – полезная производительность фильтровальной станции за 1 сутки, м³; T_ст – продолжительность работы станции в течение суток, ч; v_н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по табл. 1, с учетом соотношения (3); n_пр – число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации; q_пр – удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, м³/м² (определяется из паспортных данных фильтра и эксплуатационных характеристик наполнителя); t_пр – 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:

V_ф = V_н N / (N – N₁) (3)

где N₁ – число фильтров, находящихся в ремонте; V_ф – 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.

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 (П_ор):

• 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 t_конт (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 Ж_к) (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, Q_сут – 12000 м³,
• часовая, Q_час – 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 F_дег, м², определяем по формуле:

F_дег = Q_час / П_ор

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

Тогда: F_дег = 500/60 = 8,33 м².

2. Диаметр дегазатора определим по формуле:

D = (4 F_дег/ 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 Н_р принимается в соответствии с таблицей 2 равной 5,5 м.

4. Производительность вентилятора дегазатора равна:

Q_вент = 15 * Q_час = 15*500 = 7500 м³/ч.

5. Напор, который необходимо развивать вентилятору, равен:

Н_вент = 30 * Н_р = 30*5,5 = 165 м.

6. Объем контактной емкости:

V_конт = Q_час t_конт /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]:

Д_к = 4 (Ц)^0,5, (5)

где Д_к – 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:

Д_щ = Э_щ(Д_к/Э_к – Щ + 1)*100/С, (6)

где Д_щ – доза щелочи, мг/л;

Э_щ – 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;

Э_к – 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 Д_щ 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:

P_к = 24*Q_час*Э_к*Д_к/1000, (7)

где Q_час – производительность установки по воде, м³/ч;

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

Д_к – максимально требуемая доза коагулянта, мг-экв/л.

Расход раствора коагулянта находят при помощи следующего соотношения:

V_к = 100 *Р_к / (С_к*ρ_к), (8)

где V_к – суточный объем раствора коагулянта, м³/сутки;

С_к – концентрация коагулянта в дозируемом растворе, обычно равна 5-10 %;

ρ_к – плотность раствора коагулянта, кг/м³.

www.etch.ru