«« к оглавлению
Очистка подземных вод от железа и марганца
<< к началу статьи
Способы аэрации воды
Аэрация воды является важнейшей стадией процесса обезжелезивания-деманганации,
поскольку с помощью нее достигаются следующие цели:
• Насыщение воды кислородом, который в дальнейшем участвует в окислении растворенных металлов. Концентрация кислорода, необходимая
для эффективного удаления железа, составляет (по стехиометрии реакции) не менее 15 весовых % от содержания железа, а марганца - около 30%.
Легко подсчитать, например, что при содержании Fe равном 5 мг/л и Mn – 0,7 мг/л, концентрация кислорода в воде должна быть не меньше 1 мг/л.
• Удаление растворенной углекислоты, и как следствие, увеличение значения рН в среднем на 0,3-0,5. Это способствует удалению окисленных
металлов, так как чем выше рН, тем меньше растворимость соединений Fe(3+) и Mn(3+).
• Удаление растворенных газов, придающих воде посторонние запахи, например сероводорода. Это полезно еще и потому, что для ряда фильтрующих
загрузок сероводород и другие сероорганические соединения являются «ядами».
• Удаление растворенного радона. Радон часто присутствует в подземной воде и может быть причиной ее повышенной радиоактивности.
Поскольку радон является инертным газом и не вступает во взаимодействие ни с какими материалами, то единственный способ его удаления из воды - отдувка.
Аэрация воды может проводиться различными способами.
А. Под землей. Аэрация производится в пласте до подъема воды из скважины.
Б. С использованием промежуточного безнапорного бака. Вода подается из скважины в бак и при этом разбрызгивается с помощью специальной
насадки. Насадка может быть изготовлена в виде пластины-отбойника, воздушного эжектора, колпачка с отверстиями и т.д. Далее вода подается
на фильтр поверхностным насосом. Время нахождения воды в баке при использовании фильтров с каталитической загрузкой значения практически не имеет,
поэтому его объем может быть небольшим.
В. С использованием воздушного эжектора без промежуточного бака. Этот способ аэрации позволяет
исключить из схемы бак и поверхностный насос. Вода подается скважинным насосом непосредственно на фильтр, проходя до этого через воздушный
эжектор. Эжектор настраивается таким образом, чтобы поток воды создавал на нем разряжение, в результате чего происходит засасывание воздуха
и подмешивание его в воду. Воздухозаборный патрубок эжектора снабжен обратным клапаном (ниппелем), чтобы при прекращении разбора воды
потребителем она не вытекала через эжектор. Дополнительным преимуществом такого способа является возможность получать сверхравновесные концентрации
растворенного кислорода (более 5,6 мг/л при 20 С) и таким образом повышать скорость работы фильтра.
Для предотвращения завоздушивания на фильтре устанавливают воздухоотделительный клапан.
К сожалению, аэрация эжектором в напорном варианте имеет и серьезные недостатки, препятствующие ее широкому применению:
• эжектор сильно снижает рабочий поток воды из-за наличия узкого сопла; потеря напора на эжекторе должна быть не меньше 1-1,2 атм;
• для нормальной работы эжектора требуется высокое давление на входе - не менее 3.5 атм;
• эжектор не работает при малом разборе воды, а только при больших потоках;
• при промывке фильтра вода должна идти мимо эжектора, иначе потока не будет хватать.
Г. С использованием компрессора (напорный вариант). Используется компрессор и напорная аэрационная колонна, после которой установлен
фильтр. При этом компрессор включается по сигналу от водосчетчика и работает только при разборе воды. Аэрационная колонна снабжена насадкой
для барботирования и воздухоотделительным клапаном. Данная схема работает более надежно, чем предыдущая, однако выше по стоимости из-за наличия
компрессора и дополнительной колонны.
Таким образом, мы можем рекомендовать схемы Б и Г как наиболее работоспособные.
Использование сильных окислителей
Несмотря на преимущества атмосферного кислорода, иногда в качестве окислителей применяются другие реагенты – озон, гипохлорит натрия,
перманганат калия. Обычно это бывает необходимо, если железо и марганец находятся в устойчивой форме и, используя кислород, не удается перевести
их в нерастворимое состояние. Например, некоторые органические примеси могут стабилизировать ионы железа и марганца, образуя так называемые
комплексы. В комплексе ион металла окружен «оболочкой» из органических молекул, которая довольно прочно удерживается в таком состоянии координационными
связями. Окислитель не имеет доступа к иону и не может окислить его. Другой вариант - ион металла удается окислить, но и в окисленном состоянии
он остается растворенным комплексом и не удаляется на зернистой загрузке.
В таком случае необходимо разрушить комплекс, а для этого применяют более сильные окислители, которые окисляют не только металлы, но и органические молекулы.
В зависимости от типа окислителя используют различные способы его дозирования в воду. Озоно-воздушная смесь из озонатора подается в нижнюю
часть специального контактного резервуара (колонны) компрессором через эжекторы (эмульгаторы), либо через сеть пористых труб или распределительных
каналов. Концентрация растворенного озона зависит от его содержания в озоно-воздушной смеси, времени контакта, способа диспергирования.
Перманганат калия, гипохлорит натрия и другие окислители дозируют в воду в виде заранее приготовленного раствора с помощью пропорциональных
насосов-дозаторов. Насос управляется водосчетчиком и программируется на подачу определенных порций раствора непосредственно в поток при
прохождении заданных объемов воды. В основном используют диафрагменные насосы с шаговым или обычным электродвигателем, например производства
ETATRON D.S. (Италия), ProMinent Dosiertechnik GmbH (Германия), GRUNDFOS (Германия). Детали, контактирующие с растворами - мембрана, головка
дозатора, уплотнения, шарики клапанов, подсоединительные трубки - должны быть изготовлены из инертных материалов: поливинилхлорида, фторопласта,
керамики, нержавеющей стали. Современные насосы имеют микропроцессорное управление и могут оснащаться устройством для сигнализации поломки
мембраны, дополнительной защитной мембраной, встроенным предохранительным/воздушным клапаном, контролем уровня химикатов в резервуаре, выходом аварийной
сигнализации, индикатором потока.
При использовании окислителей следует учитывать, что они могут дезактивировать (отравлять) некоторые каталитические загрузки, в частности - с активным
компонентом на основе диоксида марганца. Озон, напротив, на ряде катализаторов начинает сам активно разлагаться и таким образом расходуется нерационально.
Применение коагулянтов
Коагулянты – это вещества, которые при растворении в воде вступают с ней в химическую реакцию, продуктом которой является нерастворимое
вещество, образующее хлопьеобразный осадок.
Применение коагулянтов для удаления растворенных железа и марганца оправдано тогда, когда эти ионы не удается окислить и удалить обычным
способом. Это может быть вызвано, как указывалось выше, образованием специфических устойчивых комплеков, низким рН воды либо другими причинами.
В этом случае хлопья, получившиеся в объеме воды при гидролизе коагулянта, используются как высокоактивный сорбент для связывания примесей. Сами
хлопья с сорбированными примесями легко удаляются на механических фильтрах, отстаиванием или с использованием контактных осветлителей. Следует
учесть, что при контакте с фильтрующей загрузкой процесс коагуляции протекает гораздо интенсивнее, чем в объеме воды.
Дозирование коагулянта производится с помощью стандартных насосов-дозаторов либо в контактный резервуар, либо непосредственно в поток воды на входе фильтра.
Повторное загрязнение воды железом в стальных трубах и стабилизационная обработка
Подземные воды, как правило, обладают повышенной коррозионной активностью по отношению к стальным трубам и резервуарам. Это связано с наличием
в воде довольно больших концентраций растворенного углекислого газа (до 30-40 мг/л). Часть углекислоты является «связанной», то есть включенной
в равновесие с карбонатными и гидрокарбонатными ионами. Другая часть является «свободной» или «активной» и именно она определяет способность
воды растворять железо и дополнительно им загрязняться при транспортировании по трубам.
Ситуация еще более осложняется при проведении обезжелезивания-деманганации воды. Поскольку ионы металлов изначально связаны как раз с углекислотными
(карбонатными и гидрокарбонатными) анионами, то после фильтрации эти анионы остаются свободными. Нарушается углекислотное равновесие в сторону
появления дополнительных количеств «активной» углекислоты. Другими словами, углекислотные анионы, изначально связанные с железом и марганцем,
после удаления металлов из воды стремятся снова вступить во взаимодействие с чем-нибудь подобным по химическим свойствам.
Таким образом, коррозионная активность очищенной воды значительно возрастает, и при контакте со стальными трубами она способна довольно
быстро (за 2-3 часа) загрязняться растворенным железом.
Для предотвращения (или снижения интенсивности) повторного загрязнения применяется так называемая стабилизационная обработка воды. Согласно
СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» для стабилизации воды ее обрабатывают щелочными реагентами (известью, содой или этими
реагентами совместно), гексаметафосфатом или триполифосфатом натрия. Доза определяется по формуле, в которой учитывается так называемый
индекс насыщения воды карбонатом кальция, рН, щелочность воды и ее температура. Примерные количества применяемых реагентов - несколько
мг/л, что не превышает допустимые содержания их по нормативам для питьевой воды.
Подщелачивание воды позволяет также сформировать на внутренней поверхности труб защитную пленку карбоната кальция, которая снижает скорость протекания
нежелательных реакций. Однако, эта пленка не является стабильной и для ее существования обработка воды должна производиться постоянно.
Дозирование реагентов производится либо перед фильтрами, либо после них, с использованием насосов-дозаторов. В СНиП специально оговаривается,
что если реагенты добавляются перед фильтрами, это должно быть сделано так, чтобы не повлиять отрицательно на протекание процесса очистки.
Однако обычно подщелачивание положительно влияет на работу фильтра, так как оно повышает значение рН и это способствует более интенсивному
образованию нерастворимого осадка. Повышение рН в некоторых случаях является даже главным смыслом использования щелочных реагентов, а стабилизация
воды - побочным результатом.
Безусловно, наиболее радикальный способ решения проблемы повторного загрязнения - использование трубопроводов из полипропилена, ПВХ и других некоррозионных материалов.
ООО НПО "ТЕПЛОКОНТРОЛЬМОНТАЖ" - Новосибирск 2006г.
<< к началу статьи
«« к оглавлению
Copyright © 2006 «АкваФрешСистемс»
Прайс-лист на комплектующие и оборудование для очистки воды