«« к оглавлению
Водоподготовка
продолжение >>
Обезжелезивание и деманганация воды из артезианской скважины
Вода необходима для жизни. Однако в последнее время именно вода становится причиной серьезных проблем, связанных со здоровьем человека
или эксплуатацией отопительных систем, бытовой техники, бассейнов. При строительстве загородного дома воду часто берут из артезианских
скважин, а не из колодцев. Во-первых, потому, что состав артезианской воды достаточно стабилен,
не подвержен сезонным колебаниям и влиянию поверхностных загрязнений на близлежащих территориях. Качество воды в колодце зависит, например, от соседа, который устроил
туалет на своем участке, от количества удобрений на соседних полях и от много другого. Во-вторых, вода в артезианских скважинах, как правило,
не содержит наиболее сложных с точки зрения водоочистки загрязнений: органических веществ, бактерий, вирусов, тяжелых металлов. С другой стороны, вода из скважины
часто имеет повышенное содержание железа и солей жесткости. Рассмотрим опасности, подстерегающие тех, кто использует артезианскую скважину с повышенным содержанием
железа.
Типичная картина, которая наблюдается при подъеме железистой воды из скважины, такова. Вначале вода, выкаченная из скважины, абсолютно прозрачна и кажется
чистой, но проходит несколько десятков минут и вода мутнеет, приобретая специфический желтоватый цвет. Через несколько часов муть начинает оседать, образуя рыхлый
осадок. Процесс осаждения может длиться несколько дней. Скорость осаждения зависит от температуры и состава воды. Наличие железа можно определить и на
вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характерный неприятный металлический привкус.
Железо не дает нормально заваривать чай или кофе, нельзя делать соки, компоты, квас и при больших концентрациях негативно влияет на здоровье. Высокие концентрации
железа в воде вызывают аллергические реакции, которые могут привести к заболеваниям крови. Если железа больше 1 мг/л - желтеет кожа, волосы блекнут и теряют естественный
цвет, седые и светлые становятся рыже-коричневыми. При концентрации 10 мг/л волосы можно испортить за две-три недели, и никакие шампуни не помогут.
Стирка в «железистой» воде гибельна для белья - если концентрация железа больше 1,0 мг/л, то всё бельё желтеет. Добавка стиральных порошков, и особенно отбеливателя,
приводит к интенсивному образованию хлопьев железа уже при концентрации 0,3 мг/л. «Железистая» вода портит кафельную плитку, эмаль и фаянс сантехнических
изделий. Желто-коричневые натеки на их глазурованной поверхности можно удалить только кислотосодержащими моющими средствами. Но кислота разрушает глазурь,
которая является защитой для керамики. И как только она разрушается, железо приникает в поры керамики и эмали, откуда его уже никак не достать, после чего
белизна ванн, раковин, унитазов навсегда утрачивается.
В системе горячего водоснабжения проблемы, обусловленное повышенным содержанием железа, многократно возрастают. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное
появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение. Шлам попадает в краны,
смесители, приборы автоматики. При концентрации 1,5-3 мг/л шаровые краны и смесители выходят из строя уже через несколько месяцев. При высоких температурах
шлам затвердевает в виде осадка на металлических поверхностях, что проводит к снижению теплоотдачи и коррозии.
В железистых отложениях идёт размножение железобактерий. Оно начинается уже при концентрации железа 1-2 мг/л, и скорость их размножения зависит от того,
насколько много кислорода и тепла - процесс вовсю идет уже при 30-45 градусах. И система горячего водоснабжения - просто идеальное для них место. Буквально
за несколько месяцев водопровод может полностью зарасти шламом из железобактерий грязного бурого цвета. А о приборах автоматики и сантехники, в которые «выстреливают»
шламовые пробки, и говорить нечего.
Российские санитарные нормы ограничивают концентрацию железа в воде для хозяйственно-питьевых нужд в пределах 0,3 мг/л. В подземной же воде она колеблется в пределах от
0,5 до 20 мг/л. В Центральном регионе, включая Подмосковье - от 0,5 до 10 мг/л, наиболее часто 3-5 мг/л.
В последнее время все больше домовладельцев и руководителей предприятий приходят к пониманию того, что без систем удаления железа не обойтись. Игнорирование
проблемы железа в воде оканчиваются плохо и стоят им дорого. Выход из строя импортных смесителей, потеря «белизны» ванн, кафельной плитки, отказ импортной
бытовой техники, систем отопления и нагрева воды.
Все многообразие методов, применяемых в технологии обезжелезивания воды, можно свести к двум основным типам – реагентные и безреагентные. Обезжелезивание
поверхностных вод можно осуществлять лишь реагентными методами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получили безреагентные методы.
Безреагентные методы обезжелезивания воды
Безреагентные методы обезжелезивания могут быть применены, когда исходная вода характеризуется: рН – не менее 6,7;
щелочностью – не менее 1 мг-экв/л; перманганатная окисляемость – не более 7 мг О2/л. По стехиометрии на окисление 1 мг железа (II)
расходуется 0,143 мг растворенного в воде кислорода, щелочность воды при этом снижается на 0,036 мг-экв/л.
4Fe 2+ + O 2 + 8HCO 3- +2H 2 O = 4Fe(OH) 3 v + 8CO 2 ^
Метод окисления железа путем упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через
зернистый слой выделять железо на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа. Эта пленка, активно
интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда
загрузка еще чистая, адсорбция соединений железа на ее поверхности происходит в мономолекулярном слое т.е имеет место физическая адсорбция. После образования
мономолекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, усиливается, вследствие того, что образовавшийся
монослой химически более активен, чем чистая поверхность загрузки (песка). Адсорбционные свойства пленки из соединений железа на зернах фильтрующей загрузки,
высокая ее удельная поверхность и наличие большого количества связанной воды позволяют сделать вывод, что пленка представляет собой очень сильный адсорбент
губчатой структуры. Одновременно, пленка является катализатором окисления поступающего в загрузку железа (II). В связи с этим эффект очистки воды зернистым слоем
несравненно выше, чем это могло бы быть в гомогенном слое.
Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление пленки как
катализатора непосредственно при работе фильтра.
Реагентные методы обезжелезивания воды
Реагентные методы обезжелезивания воды следует применять при низких значениях рН, высокой окисляемости, нестабильности воды.
По стехиометрии на окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,64 мг хлора; щелочность воды при этом снижается на 0,018 мг-экв/л. Реакция
окисления протекает по следующему уравнению:
2Fe 2+ + Cl 2 + 6HCO 3- = 2Fe(OH) 3 v + 2Cl - + 6CO 2 ^
При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и последующего гидролиза протекает по уравнению:
4Fe 2+ + MnO 4 - + 8HCO 3 - + 2H 2 O =4Fe(OH) 3 v + MnO 2 v + 8CO2 ^
По стехиометрии на окислении 1 мг железа(II) расходуется 0,71 мг перманганата калия; щелочность воды при этом уменьшается на 0,036мг-экв/л.
Обезжелезивание воды фильтрованием через модифицированную загрузку основано на увеличении сил адгезии путем воздействия на молекулярную структуру поверхности
зерен фильтрующей загрузки. Для увеличения сил адгезии, как показали исследования, необходимо на поверхности зерен фильтрующей загрузки образовать пленку из
соединений, имеющих более высокое значение константы Ван-дер-Ваальса. Кроме того, электростатические свойства этих соединений должны обеспечить изменение
дзетта-потенциала поверхности зерен в нужном направлении. При этом силы адгезии соприкасающихся тем больше, чем больше молекулярной массы.
Методика модификации загрузки предусматривает ее 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 лимитам ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».
Обезжелезивание воды упрощенной аэрацией, хлорированием и фильтрованием заключается в удалении избытка углекислоты и обогащения воды кислородом при аэрации,
что способствует повышению рН и первичному окислению железо-органических соединений. Окончательное разрушение комплексных соединений железа (II) и
частичное его окисление достигается путем введения в обрабатываемую воду окислителя (хлора, озона, перманганата калия и т.п.) Соединения закисного
и окисного железа извлекаются из воды при фильтровании.
Обезжелезивание воды методом напорной флотации основано на действии молекулярных сил, способствующих слипанию отдельных частиц гидроксида
железа с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха и всплывании 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.
Процесс напорно-флотационного разделения хлопьев гидроксида железа в окисное; растворение воздуха в воде и образование пузырьков; образование комплексов
«пузырек воздуха -хлопья гидроксида железа»; подъем этих комплексов на поверхность воды.
Деманганация воды
Известные в технологии улучшения качества воды методы ее деманганации можно классифицировать на безреагентные и реагентные;
на окислительные, сорбционные, ионообменные и биохимические.
К числу безреагентных методов удаления марганца из воды следует отнести: глубокую аэрацию с последующим отстаиванием (вариант) и фильтрованием на скорых осветительных
фильтрах с сорбцией марганца на свежеобразованном гидрооксиде железа.
К числу реагентных методов деманганации воды, прежде всего, относятся окислительные с использованием хлора и его производных – озона, перманаганата калия, технического
кислорода.
При фильтровании происходят следующие процессы. Поверхность песка при рН~7 имеет малый электрический отрицательный заряд и поэтому обладает слабыми сорбционными
свойствами по отношению к ионам марганца (II) и железа (II), имеющим положительный заряд. С ростом рН эти свойства усиливаются. При фильтровании через песок сначала
происходит адсорбция ионов железа (II) и марганца (II) поверхностью его зерен. Под действием растворенного в воде кислорода ион железа(II) окисляется до железа
(III), который, гидролизуясь, образует на поверхности зерен загрузки качественно новый сорбент, состоящий из соединений железа, который и сорбирует ионы марганца(II).
Растворимая в воде свободная углекислота также сорбируется этим сорбентом, ухудшая эффект очистки за счет снижения значения рН.
Наиболее эффективным и технологически простым методом удаления марганца из вод поверхностных и подземных источников в настоящее время является -
Обработка их перманганатом калия
3Mn 2+ + 2MnO 4 - + 2H 2 O > MnO 2 v + 4H +
Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного осадка оксида марганца MnO2, который, имея
большую удельную поверхность порядка 300 м2/г, является эффективным сорбентом. При обработке воды перманганатом калия снижение привкусов и запахов происходит
также вследствие частичной сорбции органических соединений образующимся мелкодисперсным хлопьевидным осадком гидроксида марганца. Таким образом, применение перманганата
калия дает возможность удалить из воды, как марганец, так и железо независимо от форм их содержания в воде. В водах с повышенным содержанием органических
веществ железо и марганец образуют устойчивые органические соединения (комплексы), медленно и трудно удаляемые при обычной обработке хлором и коагулянтом. Применение
перманганата калия, сильного окислителя, позволяет разрушить эти комплексы с дальнейшим окислением ионов марганца (II) и железа (II) и коагуляцией продуктов
окисления. Кроме того, коллоидные частички гидроксида марганца Mn(OH)4 в интервале рН=5….11 имеют заряд, противоположный зарядам коллоидов коагулянтов Fe(OH)3
и Al(OH)3, поэтому добавление перманганата калия воде интенсифицирует процесс коагуляции.
На удаление 1 мг Mn(II) расходуется 1,88 мг. KMnO4.
Таким образом, перманганат калия, оказывая совокупное действие как окислителя, сорбента и вспомогательного средства коагуляции, является высокоэффективным
реагентом для очистки воды от целого ряда загрязнений, в том числе и от марганца.
Использование катализаторов окисления марганца
Установлено, что предварительно осаженные на поверхности зерен фильтрующей загрузки оксиды марганца оказывают каталитическое влияние на процесс окисления
иона марганца (II) растворенным в воде кислородом. При фильтровании аэрированной и подщелоченной ( при низких рН) воды, содержащей марганец, через песчаную
загрузку по прошествии некоторого времени на поверхности зерен песка образуется слой, состоящий из отрицательно заряженного осадка гидрокисда марганца Mn2O3,
который адсорбирует положительно заряженные ионы марганца (II). Гидролизируясь, эти ионы реагируют с осадком Mn(OH)4, образуя хорошо окисляемый полутораоксид
Mn2O3 по реакциям:
Mn(OH) 4 + Mn(OH) 2 > Mn 2 O 3 + 3H 2 O
2Mn 2 O 3 + O 2 + 8H 2 O > Mn(OH) 4 v
Таким образом, в результате снова образуется гидроксид марганца (IV), который опять участвует в процессе окисления в качестве катализатора. Использование
этого свойства оксидов марганца дало возможность применить в практике кондиционирования воды метод ее фильтрования через песок, зерна которого предварительно покрыты
пленкой оксида марганца (так называемый «черный песок»). Для этого обычный кварцевый песок крупностью 0,5…1,2 мм обрабатывают последовательно 0,5%-ным
раствором хлорида марганца и перманганата калия.
Деманганация воды фильтрованием через модифицированную загрузку
Предыдущий метод фильтрования аэрированной воды через загрузку, обработанную оксидами марганца, имеет ряд недостатков, заключающихся в следующем:
- постепенном измельчении частиц, образующих покрытие зерен загрузки, при работе фильтра, и проскоке их в фильтрат;
- значительный расход перманганата калия.
Для исключения указанных недостатков был запатентован метод деманганации воды фильтрованием через модифицированную загрузку, приготавливаемую последовательным
пропуском снизу вверх через кварцевый песок растворов железного купороса и перманганата калия, что позволяет достичь экономии последнего. Для закрепления
образующей пленки из гидроксида железа и оксида марганца на зернах фильтрующей загрузки, последнюю, затем, дополнительно обрабатывают тринатрийфосфатом или
сульфитом натрия.
Удаление марганца (II) и железа (II) из воды методом ионного обмена
Данный процесс происходит как при натрий, так и водород-катионировании при фильтровании воды через катионитовую загрузку в ходе умягчения. Метод целесообразно
применять при необходимости одновременного глубокого умягчения воды и освобождении ее от железа (II) и марганца(II).
Биохимический метод удаления марганца
Данный метод заключается в высевании на зернах загрузки фильтра марганцепортебляющих бактерий типа Bacteria manganicus, Metallogenium personatum, Caulococeus manganifer
и последующем фильтровании обрабатываемой воды. Эти бактерии поглощают марганец из воды в процессе жизнедеятельности, а отмирая, образуют на зернах песка пористую
массу, содержащую большое количество оксида марганца, служащего катализатором окисления марганца(II). При скорости фильтрования до 22 м/час фильтры полностью
удаляют из воды марганец
Система комплексной обработки и защиты поверхностей нагрева от развития жизнедеятельности термотолерантных бактерий
Биологические образования представляют собой совокупность организмов, поселившихся и развивающихся на поверхностях нагрева, охлаждаемых
водой, или по тракту движения воды. Эти организмы заносятся в теплообменные системы с водой из источников водоснабжения и интенсивно размножаются в благоприятных
для них условиях (теплая вода, обилие питательных веществ и растворенного кислорода).
Образование на поверхностях нагрева биологических обрастаний снижает теплопередачу и уменьшает эффективность работы градирен. При этом на внутренней поверхности
труб образуются отложения, снижающие их пропускную способность и увеличение расхода энергии на перекачку воды. Часто обрастание водорослями бывает настолько
сильным, что может вызвать полное засорение системы.
Для роста водорослей необходим углекислый газ, а в большинстве случаев – и солнечный свет. Плесень может расти как при солнечном свете, так и в его отсутствие
в закрытых частях системы охлаждения.
В системах промышленного водоснабжения важную роль играют нитрифицирующие и сульфатвосстанавливающие бактерии, а также железо- и сульфобактерии. Нитрифицирующие
бактерии имеют две разновидности:
- одни окисляют соли аммония в нитриты
2NH 4 + + 3O 2 = 2HNО 2 + 2H 2 О + 2Н + + Q^
- другие окисляют нитриты в нитраты
2HNO 2 + O 2 = 2HNO 3 + Q ^
Железобактерии ассимилируют растворенные соли железа и выделяют его в виде гидроокиси железа, вызывая тем самым зарастание трубопроводов и образование
внутри них бугристых отложений. В железистых отложениях идёт размножение железобактерий. Оно начинается уже при концентрации железа 1-2 мг/л, и скорость их размножения
зависит от того, насколько много кислорода и тепла - процесс вовсю идет уже при 30-45 градусах. И система горячего водоснабжения - просто идеальное для
них место. Буквально за несколько месяцев трубопровод может полностью зарасти шламом из железобактерий грязного бурого цвета. А о приборах автоматики и сантехники,
в которые «выстреливают» шламовые пробки, и говорить нечего.
Сульфатвосстанавливающие бактерии одновременно окисляют органические соединения и восстанавливают сернистые соединения до сероводорода, часто вызывая коррозию
наружной, а иногда и внутренней поверхности уложенных в грунт водопроводных и теплофикационных труб, а также загрязнение воды. Они превращают элементарную
серу, которая может содержаться в природной воде или образовываться при окислении сероводорода в серную кислоту, способную в дальнейшем развить коррозию металлических
и бетонных поверхностей сооружений.
В составе биологических обрастаний могут встречаться простейшие организмы – инфузории, жгутиковые, а также мшанки и гидроидные колины. Самый нежелательный
обитатель трубопроводов оборотных систем – моллюск дрейсена. Среди обрастаний нередко появляется значительное количество червей, относящихся к различным
систематическим группам (нематодам, олигохетам и т.д.).
Профилактику цветения оборотной воды начинают от источника водоснабжения. Для этого в водоем вводят химические препараты, например неорганические гербициды,
которые вызывают гибель во всей массе воды многих водных растений.
В промышленных водоемах и оборотных системах наиболее распространенным и эффективным методом устранения биологических обрастаний является обработка воды хлором.
Для борьбы с развитием бактерий в теплообменных аппаратах, трубопроводах, градирнях хлор вводят в оборотную воду периодически заданными дозами, не отключая теплообменного
аппарата. Необходимые дозы хлора составляют 4-10 мг/л. С учетом хлорпоглащаемости воды они должны обеспечить осадочное содержание хлора 0,5-1 мг/л на выходе
из концевых точек сети трубопровода. Периодичность хлорирования определяется интенсивностью развития микроорганизмов в воде на конкретном объекте.
Для гибели железобактерий доза хлора составляет 3-4 мг/л. Охлаждающую воду хлорируют только после тщательной предварительной очистки аппаратов от загрязнений.
Во вновь проектируемых системах отопления для расчета хлораторных установок дозу хлора Dхл следует устанавливать руководствуясь опытом эксплуатации аналогичных
систем на вводе данного источника водоснабжения. В отсутствии такого опыта дозу хлора определяют по формуле в (мг/л):
D хл = П + 2
где П – хлорпоглащаемость подпиточной воды, добавляемой в систему.
Если доза хлора, вычисленная по этой формуле, окажется меньшей 5 мг/л, то для расчета ее следует принять равной 5 мг/л.
Хлорпоглощаемость подпиточной воды определяют с учетом продолжительности контакта с ней хлора, равной продолжительности прохождения подпиточной воды от входа
в систему до наиболее удаленного теплообменного аппарата:
Т хп = W/Q охл
где W – объем воды в системе по пути движения к наиболее удаленному теплообменнику, включая трубопроводы и резервуары (м3); Qохл – расход охлаждающей оборотной
воды (м 3 /час)
Хлораторы следует рассчитывать на непрерывную работу, в промежутках между периодами хлорирования раствор хлора хранят в специальных резервуарах. Производительность
хлораторов при наличии баков для накапливания раствора хлора определяют по формуле:
q = Q охл D хл T хпn /(24 x 100) (кг/час)
где n – число периодов обработки воды хлором в течение суток.
Для рассмотрения предлагается универсальная технология, включающая в себя систему устройств, рассчитанную на различную производительность, в зависимости от протяженности,
конфигурации и аппаратурного оформления контура горячей воды.
продолжение >>
«« к оглавлению
Copyright © 2006 «АкваФрешСистемс»
Прайс-лист на комплектующие и оборудование для очистки воды