17. Обезжелезивание подземных вод Общеизвестно, что в сравнении с поверхностными источниками более стабильным физико-химическим составом и большей защищенностью в санитарно-бактериологическом отношении обладают подземные воды.
Продуктивные водоносные горизонты представляют собой естественную природную систему, в которой за счет большой продолжительности и малых скоростей фильтрования обеспечивается значительное позитивное изменение состава инфильтрующих вод.
Схема формирования гидрогеологических условий при ненарушенном режиме и организованном водоотборе область питания река область разгрузки зона аэрации й горизонт вный водоносны продукти водозабор река водоупорные слабопроницаемые породы область питания зона аэрации изонт оносный гор й вод продуктивны водоупорные слабопроницаемые породы
17. 2. Особенности предварительной очистки железосодержащих подземных вод Под обезжелезиванием или деферризацией понимают процесс извлечения из природных вод железа, присутствующего в них в виде сложных органических и минеральных соединений, растворов двухвалентного железа, карбонатов или бикарбонатов железа, коллоидных и тонкодисперсных взвесей гидроксидов и сульфитов железа и др.
Методы обезжелезивания в практике водоподготовки представлены двумя группами: безреагентные и реагентные. Выбор того или иного метода обработки железосодержащих природных вод зависит от количества соединений железа и форм, в которых они содержатся в источнике. Определенное значение имеет также и наличие в воде других загрязняющих ингредиентов.
Процессы обезжелезивания подземных вод связаны с необходимостью окисления различных растворенных форм железа, переводом их в формы способные задерживаться, в частности, при фильтровании. Таким процессам препятствуют некоторые компоненты, часто присутствующие в очищаемой воде. К ним, прежде всего относится свободный диоксид углерода. В связи с этим обязательным является предварительная дегазация.
В состав большинства станций обезжелезивания воды, работающих в безреагентном или реагентном режиме входят: аэрационные устройства; оборудование для подачи сжатого воздуха и обеззараживания воды; отстойники с тонкослойными модулями (в отдельных случаях) или осветлители со взвешенным осадком; скорые фильтры.
К аэрационным устройствам, применяемым для насыщения воды кислородом, удаления свободной углекислоты – диоксида углерода и для частичного окисления двухвалентного железа в трехвалентное, относятся вакуумноэжекционные аппараты, градирни с различными насадками, брызгальные бассейны, бакиаэраторы.
Метод расчета аэрационных устройств определяется технологическими особенностями процесса насыщения воды воздухом: подсос воздуха всасывающим патрубком насоса; свободный излив воды с определенной высоты – упрощенная аэрация; инжекция или нагнетание воздуха в воду компрессором; разбрызгивание воды в воздухе; подсос воздуха с образованием водовоздушной эмульсии пропусканием воды через патрубки переменного сечения – вакуумно-эжекционные аппараты и др.
Свободный излив воды с определенной высоты – упрощенная аэрация применяется при содержании диоксида углерода (СО 2) в пределах 30÷ 50 мг/л, двухвалентного железа до 3, 0÷ 5, 0 мг/л. Дегазация при упрощенной аэрации обеспечивается разностью парциального давления газа в растворе (в очищаемой воде) и в атмосфере. При удалении СО 2 повышается величина р. Н, что способствует улучшению условий окисления солей железа.
Схема упрощенной аэрации (стояк со свободным изливом воды в приемном кармане скорого фильтра) h=0, 5 м приемный карман фильтра вертикальный стояк подача исходной воды надзагрузочный объем водосборный лоток фильтрующая загрузка
При упрощенной аэрации на открытых скорых фильтрах обогащение воды кислородом воздуха обеспечивается изливом ее в приемный карман с высоты 0, 5 ÷ 1, 0 м. На напорных фильтрах упрощенная аэрация осуществляется подачей сжатого воздуха в трубопровод перед фильтром в количестве 2, 0÷ 2, 5 л на 1 г содержащегося в воде двухвалентного железа.
Высокая степень дегазации – практически мгновенное удаление свободной углекислоты и сероводорода обеспечивают вакуумно-эжекционные аппараты. Указанный эффект наблюдается в вакуумной камере. Внутри камеры находится конически сходящийся насадок, переходящий насадок Вентури. В коаксиально сопряженных с вакуумной камерой эжекционных камерах смешения проходит насыщение воды мелкодиспергированными пузырьками воздуха с образованием водовоздушной эмульсии.
Схема вакуумно-эжекционного аппарата l l˝ 1 α d 4 отражатель – разбрызгиватель l 4 d 3 l 2 d 2 ľ 1 d l 3 d 1 l 1 подающий напорный трубопровод α – угол конусности конически сходящегося насадка; d – d 4 – диаметры цилиндрических последовательно соединенных патрубков; l – длина насадка Вентури; l 1 – общая длина первого цилиндра; l 2 – l 4 – высота камер смешения; ľ 1 – высота вакуумно-эжекционной зоны; l˝ 1 – рабочая длина цилиндра
Расчет вакуумно-эжекционного аппарата заключается в определении следующих параметров: глубины вакуума в вакуумной камере, размеров насадка Вентури, производительности аппарата, размеров вакуумной камеры и эжекционных камер смешения. Глубина вакуума В принимается в пределах 0, 05 ÷ 0, 10 МПа в зависимости от содержания в исходной воде свободного диоксида углерода и сероводорода.
Производительность вакуумноэжекционного аппарата определяется по формуле: где µ кн и µ нв – коэффициенты расхода соответственно конически сходящегося насадка и насадка Вентури; ω – площадь поперечного сечения насадка Вентури, м 2 ; Н – напор, м. коэффициент тип насадка внешний цилиндрическ ий (Вентури) конический сходящийся коэффициент скорости φ коэффициент расхода µ сопротивлени яξ 0, 82 1, 00 0, 96 0, 94 0, 98
Для определения конической скорости vк (м/с) истечения воды из обоих насадков используется формула: где φкн и φнв – коэффициенты скорости соответственно конически сходящегося насадка и насадка Вентури. Напор воды перед насадком: Н = 100·(Р – Р в ), где Р – давление воды в подающем трубопроводе перед эжекционным аппаратом, МПа; Р в – давление эжектируемого воздуха, принимаемое равным атмосферному, МПа.
Диаметр насадка Вентури d, мм, определяется в зависимости от исходного давления воды Р, а его длина l, м, принимается равной (3÷ 4)·d. Давление Р, МПа Диаметр насадка Вентури d, мм 0, 3 ÷ 0, 4 5 ÷ 10 0, 5 ÷ 0, 8 5 ÷ 30 0, 9 и более 5 ÷ 40
Размеры конически сходящегося насадка рассчитываются по величине угла конусности α, равного 13 о 24' и диаметра насадка Вентури. Диаметр вакуумной камеры d 1 определяется по соотношению, в зависимости от исходного значения Р, требуемого значения В и принятого диаметра d.
Длина вакуумной камеры l 1 определяется по формуле: где ω1 и ω – площади поперечного сечения соответственно вакуумной камеры и насадка Вентури, м 2; Р – давление воды перед эжекционным аппаратом, МПа; d 1 – диаметр вакуумной камеры, м; k – коэффициент шероховатости, характеризующий качество внутренних стенок вакуумной камеры (для стали – k = 1, 0; нержавеющей стали k = 1, 1; пластмассы k = 1, 2; стекла k = 1, 3)
Контактные градирни в системах обезжелезивания подземных вод применяются для глубокой аэрации, обеспечивающей дегазацию – удаление из воды агрессивных газов при их значительной концентрации (до 100 ÷ 150 мг/л СО 2 и до 10 ÷ 12 мг/л Н 2 S).
Основными технологическими элементами градирен являются насадка, имеющая высокую развитую площадь поверхности и располагаемая в пределах ограждающих конструкций, а также контактный резервуар.
На насадке градирни, подаваемая в ее верхнюю часть вода, распределяется по всей площади и омывает элементы насадки, с образованием большой поверхности контакта сред – воды и атмосферного воздуха. За счет разности парциального давления из обрабатываемой воды выделяются растворенные газы.
Для повышения эффекта дегазации градирни оснащаются вентиляторами. В вентиляторных градирнях увеличивается интенсивность отдувки выделяемых из воды агрессивных газов и интенсивность насыщения ее кислородом.
Контактные резервуары предназначены для завершения процесса окисления двухвалентного железа и образования хлопьев гидроксида железа (III). Продолжительность контакта воды с кислородом в резервуаре в зависимости от содержания солей железа в исходной воде составляет 30 ÷ 60 минут.
Проектирование градирен заключается в определении их площади, емкости контактного резервуара, подбора контактной загрузки – насадки и вспомогательного оборудования. В качестве насадки в градирнях используют керамические кольца Рашига (с размерами 25× 3 мм), пластмассовые кольца (с размерами 20× 3), деревянные брусья сечением 40 мм – хордовая насадка.
В схемах станций обезжелезивания подземных вод при необходимости глубокой аэрации применяют два типа градирен: контактные (при производительности станций до 50÷ 75 м 3/ч); вентиляторные (при производительности станций более 75 м 3/ч).
Технологическая схема контактной градирни жалюзийная решетка с расположенной внутри насадкой отвод воды на фильтры подача исходной воды из скважин контактный резервуар
Схема вентиляторной градирни отвод агрессивных газов насадка градирни из колец Рашига подача исходной воды из скважин вентилятор подача воздуха контактный резервуар отвод воды на фильтры
Необходимую площадь градирни, Fг м 2, можно определить по формуле: где Qч – производительность станции обезжелезивания, м 3/ч; qуд – нагрузка, м 3/ч·м 2. тип градирни тип насадки нагрузка qуд , м 3/ч·м 2 контактная кольца Рашига 10 ÷ 15 вентиляторная кольца Рашига пластмассовые кольца хордовая 60 70 40
Необходимую площадь поверхности загружаемой в градирню насадки, Fн м 2, определяют по формуле: где Сmax – суммарное расчетное количество свободной углекислоты, подлежащей удалению, мг/л; Сопт – содержание свободной углекислоты, соответствующее оптимальному значению р. Н=7, 0 при данной щелочности воды (по справочным данным), мг/л; Кж – коэффициент десорбции, м/ч (по справочным данным).
Сmax = 1, 57·СFe + (C нач – Сопт), где СFe – концентрация двухвалентного железа в обрабатываемой воде, мг/л; C нач – начальная концентрация свободной углекислоты, мг/л. При расчете ΔС с р кг/м 3, можно использовать формулу:
Брызгальные бассейны Аэрирование воды в брызгальных бассейнах обеспечивается фонтанированием низконапорных струй через специальные сопла, установленные на трубопроводе подающем воду из скважин. Напор воды перед соплами не менее 15 м. вод. ст.
Брызгальные бассейны применяются в благоприятных климатических условиях, а также в случаях, когда значительное содержание железа в воде или ее высокая окисляемость требуют больших объемов контактных резервуаров. Брызгальные бассейны проектируют из расчета интенсивности орошения, равной 5 м 3/ч на 1 м 2 площади бассейна.
Технологическая схема брызгального бассейна подача исходной воды из скважин трубопровод с разбрызгивающими соплами отвод воды на фильтры контактный резервуар
Скачать презентацию 17 Обезжелезивание подземных вод Общеизвестно что в сравнении
67.ppt