Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Обезжелезивание воды

Железо в природных водах может содержаться в виде двухвалентного железа, неорганических и органических коллоидов, а также в форме комплексных соединений двух- и трехвалентного железа или тонкодисперсной взвеси гидрата окиси железа.

Обезжелезивание воды для хозяйственно-питьевых целей производится при содержании в ней железа более 0,3 мг/л. Многообразие форм и концентраций железа, встречающихся в природных водах, вызвало необходимость разработки ряда методов, технологических схем и сооружений обезжелезивания воды. Все методы обезжелезивания можно свести к двум основным типам: безреагентные и реагентные.

Обезжелезивание поверхностных вод можно осуществить лишь реагентными методами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получили безреагентные методы.

Из используемых безреагентных методов обезжелезивания воды перспективными являются: вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование (рис. 5.28, а); упрощенная аэрация и фильтрование (рис. 5.28, б); «сухая» фильтрация (рис. 5.28, г); фильтрование на каркасных фильтрах; фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт оксидированной воды или воздуха (рис. 5.28, ё) аэрация и двухступенчатое фильтрование (рис. 5.28, в).

К реагентным относят следующие методы: упрощенная аэрация, оксидация, фильтрование; напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием; известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование (рис. 5.28, д); фильтрование через модифицированную загрузку; электрокоагуляция; катионирование.

Безреагентные методы обезжелезивания могут быть применены, когда исходная вода характеризуется: pH — не менее

6,6; щелочность — не менее 1,5 мг-экв/л; содержание углекислоты — до 80 мг/л и сероводорода — до 2 мг/л; перман- ганатная окисляемость — не более 9,5 мг 02/л. При соблюдении этих условий при содержании железа (III) не более 10 % общего и концентрации железа (II) в бикарбонатной или карбонатной форме до 3 мг/л рекомендуется метод фильтрования на каркасных фильтрах без вспомогательных фильтрующих средств; до 5 мг/л — предпочтительно применять метод «сухой» фильтрации; от 5 до 10 мг/л — следует использовать метод упрощенной аэрации с одноступенчатым фильтрованием; от 10 до 20 мг/л — аэрация и двухступенчатое фильтрование; от 10 до 30 мг/л — рекомендуется вакуумно- эжекционная аэрация с фильтрованием через загрузку большой грязеемкости. При содержании углекислого или карбонатного железа (II) более 20 мг/л или при наличии сероводорода 1—5 мг/л и pH не ниже 6,4 рекомендуется метод вакуумно-эжекционной аэрации с последующим отстаиванием в тонком слое воды или обработкой в слое взвешенного осадка и фильтрование.

Реагентные методы обезжелезивания воды применяют при низких значениях pH, высокой окисляемости, нестабильности воды. При этом при содержании сернокислого или карбонатного железа либо комплексных железоорганических соединений до 10 мг/л и перманганатной окисляемости до 15 мг 02/л рекомендуется применять фильтрование через модифицированную загрузку; до 15 мг/л и перманганатной окисляемости до 15 мг 02/л предпочтителен метод, предусматривающий упрощенную аэрацию, обработку сильным окислителем и фильтрование через зернистую загрузку большой грязеемкости; свыше 10 мг/л и перманганатной окисляемости более 15 мг 02/л следует применять напорную флотацию с предварительным известкованием и последующим фильтрованием или метод, предусматривающий аэрацию, известкование, отстаивание в тонком слое и фильтрование; свыше 10 мг/л, перманганатной окисляемости более 15 мг 02/л при производительности установок до 200 м3/сут можно рекомендовать электрокоагуляцию с барботи- рованием, отстаиванием в тонком слое и фильтрование. Обез- железивание воды катионированием целесообразно лишь в тех случаях, когда одновременно с обезжелезиванием требуется умягчение воды, при этом ионным обменом могут быть извлечены только ионы железа (II). Рассмотрим некоторые из этих методов.

Схемы установок обезжелезивания природных вод методами

Рис. 5.28. Схемы установок обезжелезивания природных вод методами:

а — вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование; б — упрощенная аэрация (установка «Деферрит»); в — упрощенная аэрация с двухступенчатым фильтрованием; г — сухая фильтрация; д — известкование (установка «Струя»); е — обезжелезивание в пласте; 1,4 — подача исходной и отвод обработанной воды; 2 — вакуумно-эжекпионный

аппарат; 3 — скорый каркасно-засыпной фильтр; 5 — бак-аэратор; 6 — реагентное хозяйство; 7 — насос-дозатор; 8 насос; 9 — ресивер;/# — скорый фильтр; 11 — ввод хлора (вариант); 12 — бактерицидная установка; 13 компрессор; 14 скорый фильтр II ступени; 15 водонапорная башня;/# — сброс воздуха; 17 трубчатый смеситель; 18 камера хлопьеобразования; 19 тонкослойный отстойник; 20 — вспомогательный колодец; 21 — подача воды на аэрацию; 22 зона аэрации; 23 аэрационное устройство; 24 кольцевой инфильтрационный бассейн; 25 эксплуатационный колодец

Метод упрощенной аэрации (рис. 5.28, б, в) применим как в гравитационном, так и в напорном варианте. При этом окислительно-восстановительный потенциал воды после аэрации должен быть не менее 100 мВ и индекс стабильности воды — не менее 0,05.

Метод упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей железо (II) и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов железа (II) и (III). Эта пленка интенсифицирует процесс оксидации и выделения железа из воды.

Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление пленки как катализатора непосредственно при работе фильтра. Метод не требует оксидации всего железа (II) в трехвалентное и перевод его в гидроксид. Упрощенная аэрация осуществляется с помощью несложных приспособлений путем излива воды с небольшой высоты в карман или центральный канал фильтра либо путем вдувания воздуха в обрабатываемую воду. Для определения высоты слоя фильтрующей загрузки L при обез- железивании подземных бикарбонатных и карбонатных вод по методу упрощенной аэрации рекомендуется эмпирическая формула Г.Н. Николадзе

где v — скорость фильтрования, м/ч; d3 эквивалентный диаметр фильтрующей загрузки, мм; А = Снф (здесь Сн и Сф — содержание железа (II) соответственно в исходной воде и фильтрате, мг/л); К — константа оксидации железа (II), определяемая эмпирическим путем; а и п — соответственно коэффициент формы зерен и пористость фильтрующей загрузки; t — температура исходной воды, °С; [02] — содержание в воде растворенного кислорода, мг/л.

Сущность метода «сухой» фильтрации (рис. 5.28, г) заключается в фильтровании воздушно-водяной эмульсии (3—5 объемов воздуха на 1 объем воды) через «сухую» (незатопленную) зернистую загрузку путем образования в ней вакуума или нагнетания больших количеств воздуха с последующим отсосом из поддонного пространства. В обоих случаях в поровых каналах фильтрующей загрузки образуется турбулентный режим движения смеси, характеризующийся завихрениями и противотоками, что способствует молекулярному контакту воды с поверхностью зерен контактной массы. При этом на зернах фильтрующей загрузки формируется адсорбционно-каталитическая пленка из соединений железа (марганца, если он присутствует в воде), повышающая эффективность процессов обезжелезивания и де- манганации.

Характерной особенностью процесса является образование дегидратированной пленки на зернах загрузки, состоящей, как показали рентгенографические определения, из магнетита, сидерита, гетита и гематита. Указанные соединения имеют плотную структуру, а их объем в 4—5 раз меньше, чем гидроксида железа. Поэтому темп прироста потерь напора в фильтрующей загрузке при напорном фильтровании по методу «сухой» фильтрации чрезвычайно мал, а продолжительность фильтроцикла велика (от нескольких месяцев до года и более). Отличительными особенностями процесса являются: повышение pH и некоторое снижение жесткости фильтрата, высокая грязеемкость загрузки и отсутствие промывочных вод (загрузка заменяется на новую или возможно провести ее отмывку 5—10 %-ным раствором ингибированной соляной кислоты). Образование на поверхности загрузки активной адсорбционной пленки, т. е. период «зарядки», составляет 0,3—2 ч.

Деферризацию методом фильтрования на каркасных фильтрах следует применять для обезжелезивания воды на установках производительностью до 1000 м3/сут. Сущность обезжелезивания воды по рассматриваемому методу заключается в том, что железо (II) после оксидации кислородом воздуха переходит в декантирующее железо (III). Гидроксид железа (III), формирующийся в нижней части аппарата, намывается на патрон. При этом в начале процесса решающую роль играет различие в зарядах керамического патрона, хлопьев гидроксида железа и ионов железа (II). Нарастающий на патроне слой гидроксида железа служит контактным материалом для новых, постоянно намываемых агрегатов, при этом происходят как физические, так и химические процессы. Патрон служит только опорным каркасом для фильтрующего слоя гидроксида железа. Первой стадией процесса является фильтрование с постепенным закупориванием пор фильтрующей перегородки. Эта стадия заканчивается по достижении определенного отношения объема твердых частиц, задержанных в порах, к объему самих пор, после чего наступает вторая стадия — фильтрование с образованием первоначального слоя осадка. На этом заканчивается процесс зарядки фильтра и начинается фильтрование с целью обезжелезивания воды.

Обезжелезивание воды упрощенной аэрацией, хлорированием и фильтрованием заключается в удалении избытка углекислоты и обогащении воды кислородом при аэрации, что способствует повышению pH и первичному окислению железоорганических соединений. Окончательное разрушение комплексных соединений железа (II) и частичная его оксидация достигаются путем введения в обрабатываемую воду окислителя (хлора, озона, перманганата калия и др.). Соединения железа (II) и (III) извлекаются из воды при фильтровании ее через зернистую загрузку.

Хлор вводится в водяную подушку через специальную распределительную трубчатую систему, при этом требуется обеспечить необходимую экспозицию окислителя с обрабатываемой водой. В качестве фильтровального аппарата рекомендуются контактные фильтры КФ-5 с повышенной грязеемкостью, в которых фильтрующая загрузка состоит из трех слоев толщиной по 0,6 м: верхний слой — керамзит или полимеры с крупностью зерен 2,3—3,3 мм; средний слой — антрацит с крупностью зерен 1,25—2,3 мм; нижний слой — кварцевый песок с зернами крупностью 0,8—1,25 мм. Скорость фильтрования до 10 м/ч, промывка водовоздушная.

Обезжелезивание воды фильтрованием через модифицированную загрузку применяют при ее повышенной окисляемости. Оно основано на увеличении сил адгезии путем воздействия на молекулярную структуру поверхности зерен фильтрующей загрузки. Для увеличения сил адгезии необходимо на поверхности зерен фильтрующей загрузки образовать пленку путем модификации загрузки, предусматривающей последовательную обработку 1,5 %-ным раствором сернокислого железа (II), а затем 0,5 %-ным раствором перманганата калия. Суммарная продолжительность контакта 30 мин. Спустя 20 мин после начала работы фильтрат отвечает требованиям СанПиН на питьевую воду.

Обезжелезивание методом напорной флотации основано на действии молекулярных сил, способствующих слипанию отдельных частиц гидроксида железа с пузырьками тонкодиспер- гированного в воде воздуха и всплыванию образующихся при этом агрегатов на поверхность воды. Метод флотационного выделения дисперсных и коллоидных примесей природных вод весьма перспективен вследствие резкого сокращения продолжительности процесса (в 3—4 раза) по сравнению с осаждением или обработкой в слое взвешенного осадка. Можно выделить следующие стадии процесса: оксидация железа (II); растворение воздуха в воде и образование пузырьков; образование комплексов «пузырек воздуха — хлопья гидроксида железа»; подъем этих комплексов на поверхность воды.

На эффективность процесса всплывания хлопьев при флотационном разделении оказывают влияние концентрация взвешенных веществ (исходная концентрация железа, доза извести), количество и размер пузырьков, продолжительность флотации, а также гидродинамические условия.

Удаление высококонцентрированных устойчивых форм железа из воды аэрацией, известкованием, отстаиванием в тонком слое и фильтрованием (рис. 5.28, д) достигается после полной оксидации железа (II) и деструкции комплексных железоорганических соединений при pH не менее 7,1. Процесс выделения соединений железа производится в тонкослойном отстойнике. Эффект обезжелезивания воды зависит главным образом от скорости потока в тонкослойных модулях, исходной концентрации железа и дозы щелочного реагента.

Обезжелезивание поверхностных вод осуществляют при одновременном осветлении и обесцвечивании. Железо, находящееся в воде в виде коллоидов, тонкодисперсных взвесей и комплексных соединений, удаляется обработкой воды коагулянтами. Для разрушения комплексных органических соединений железа воду обрабатывают хлором, озоном или перманганатом калия. При использовании железных коагулянтов достигается более полное удаление железа из воды в результате интенсивной адсорбции ионов железа на хлопьях гидроксида. Оптимум адсорбции ионов железа в случае применения как солей алюминия, так и солей железа в качестве коагулянта лежит в интервале значений pH воды 5,7—7,5. Доза коагулянта устанавливается экспериментально. Технологическая схема обезжелезивания воды методом коагулирования включает реагентное хозяйство, смесители, осветлители и скорые фильтры.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>