Обезжелезивание природных вод Неприятный металлический привкус Зарастание

Обезжелезивание природных вод

Неприятный металлический привкус Зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры Причина брака в текстильной, пищевой, бумажной, химической и других отраслях промышленности Вредно для здоровья человека Воду с повышенным содержанием железа необходимо обезжелезивать Повышенное содержание железа Буроватая окраска воды

Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры, является причиной брака в текстильной, пищевой, бумажной, химической и других отраслях промышленности.

Повышенное содержание железа в питьевой воде вредно для здоровья человека. При продолжительном введении в организм железа избыток его накапливается в печени в коллоидной форме оксида железа, получившей название гемосидерина, который вредно действует на клетки печени, вызывая их разрушение. Поэтому воду с повышенным содержанием железа необходимо обезжелезивать.

Согласно Сан. Пи. Н 2. 1. 4. 1074 -01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» содержание железа не должно превышать 0, 3 мг/л.

Предельно-допустимая концентрация для железа может быть увеличена до 1, 0 мг/дм³ по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарноэпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.

Формы содержания железа • В поверхностных водах железо обычно встречается в виде органических и минеральных комплексных соединений, либо коллоидных и тонкодисперсных взвесей. • Обезжелезивание воды поверхностных источников производят одновременно с ее осветлением и обесцвечиванием. Состав сооружений такой же, как при осветлении и обесцвечивании воды.

Формы содержания железа В подземных водах преобладающей формой существования железа является бикарбонат железа (II), который устойчив только при наличии значительных количеств углекислоты и отсутствии растворенного кислорода. Наряду с этим железо встречается в виде сульфида, карбоната и сульфата железа (II). В случае подпитки водоносного горизонта водами реки или болот железо может находиться в виде комплексных органических соединений с гуматами и фульвокислотами.

Диаграмма Пурбе

СНи. П 2. 04. 02 -84* o o 6. 176. Метод обезжелезивания воды, расчетные параметры и дозы реагентов надлежит принимать на основе результатов технологических изысканий, выполненных непосредственно у источника водоснабжения. 6. 177. Обезжелезивание подземных вод следует предусматривать фильтрованием в сочетании с одним из способов предварительной обработки воды: упрощенной аэрацией, аэрацией на специальных устройствах, введением реагентов-окислителей.

Безреагентные методы: • упрощенная аэрация и фильтрование; • аэрация на специальных устройствах и фильтрование (может быть двухступенчатое); • «сухая фильтрация» ; • обезжелезивание в пласте; • вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование; • фильтрование на каркасных фильтрах.

Реагентные методы: • упрощенная аэрация, окисление, фильтрование; • напорная флотация с известкованием и фильтрование; • известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике, фильтрование; • фильтрование через модифицированную загрузку; • электрокоагуляция; • катионирование.

Схемы установок обезжелезивания подземных вод 1. Упрощенная аэрация и фильтрование

СНи. П 2. 04. 02 -84* 6. 178. Упрощенную аэрацию допускается применять при следующих показателях качества воды: o содержание железа (общего) до 10 мг/л; o в том числе двухвалентного (Fе²+) не менее 70 %, o р. Н не менее 6, 8; o щелочности более (1+Fе²+/28) мг-экв/л; o содержание сероводорода не более 2 мг/л.

СНи. П 2. 04. 02 -84* 6. 179. Упрощенную аэрацию следует предусматривать изливом воды в карман или центральный канал открытых фильтров (высота излива над уровнем воды 0, 5— 0, 6 м). При применении напорных фильтров надлежит предусматривать ввод воздуха в подающий трубопровод (расход воздуха 2 л на 1 г закисного железа). При содержании в исходной воде свободной углекислоты более 40 мг/л и сероводорода более 0, 5 мг/л следует перед напорными фильтрами предусматривать промежуточную емкость со свободным изливом в нее воды без ввода воздуха в трубопровод.

1. 1. Напорная схема 2 1 воздух 5 3 в сеть на промывку 1 – аэратор; 2 – напорный фильтр; н э 3 – РЧВ; 4 –НС II подъема; 5 - компрессор 4

1. 2. Безнапорная схема 0, 5 -0, 6 м СФ РЧВ н э

• Метод 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 процессы окисления и выделения железа из воды. • Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате которого обеспечивается непрерывное обновление пленки, как катализатора, во время работы фильтра.

В этом методе не требуется окисление двухвалентного железа в трехвалентное и перевод его в гидроксид и, следовательно, не требуются дорогостоящие аэрационные сооружения. Упрощенная аэрация осуществляется с помощью несложных приспособлений излива воды с небольшой высоты в карман фильтра или вдуванием воздуха в обрабатываемую воду.

2. Аэрация на специальных устройствах и фильтрование 2 7 3 6 в сеть 4 н э 6 – вентилятор; 7 – вентиляторная градирня

3. «Сухая фильтрация» (метод водовоздушного фильтрования) Производительность до 2 -3 тыс. м 3/сут. 1, 6 м Воздух : вода = 3: 1 2 воздух V=6 -20 м/ч. в РЧВ 8 н э 5 2 – напорный фильтр; 5 – компрессор; 8 – сброс воздуха

Качество исходной воды: • содержание бикарбонатного железа (общего) - не более 5 мг/л, в том числе двухвалентного - не менее 80 %; • углекислого газа - не более 80 мг/л, • сероводорода не более 3 мг/л; • р. Н - не менее 6, 5; • щелочность свыше 1 + , мг-экв/л; • перманганатная окисляемость не более (0, 15 Fe 2+ + 5) мг/л О 2.

Особенности метода: • высокая грязеемкость фильтрующей загрузки; • отсутствие обратной промывки; • возможность использования для загрузки различных материалов; • продолжительность фильтроцикла составляет несколько месяцев и зависит от содержания железа в исходной воде, скорости фильтрования и параметров загрузки.

Процесс обезжелезивания осуществляется по следующей схеме: • исходная вода от скважин подается в смеситель с разбрызгивателем, находящийся в верхней части напорного фильтра, туда же подается сжатый воздух от компрессоров; • в смесителе вода перемешивается с воздухом, равномерно распределяясь по поверхности фильтрующей загрузки, затем фильтруется. • После фильтрования вода отводится к потребителям, а воздух сбрасывается в атмосферу.

• Конструктивно фильтр состоит из металлического корпуса, в верхней части которого расположены смеситель и разбрызгивающее устройство, в нижней части — решетка для поддержания загрузки в незатопленном состоянии; под решеткой установлен поплавковый стабилизатор уровня воды. Из нижней части корпуса фильтра выведены водоотводящий и воздухоотводящий трубопроводы.

Режим работы: • Зарядка - 1 -10 часов; • Фильтроцикл – несколько месяцев; • В течение фильтроцикла каждые 22 ч производить продувку фильтров воздухом в течение 2 ч, на этот период подача воды прекращается; • Регенерация при достижении предельной потери напора 10 -12 м.

• Регенерацию фильтрующей загрузки следует производить 10%-ным раствором соляной кислоты в течение 24 ч с последующей промывкой водой. • Вместо регенерации допускается замена отработанной загрузки новым фильтрующим материалом.

4. Обезжелезивание в пласте В 1898 году в Берлине были построены две установки подземного обезжелезивания воды. В феврале 1900 года фон Остен получил патент на «Обезжелезивание подземных вод в водоносном пласте» . В 1967 году метод подземной очистки воды от железа и марганца «Vyredox» был запатентован братьями Рейнонен в Финляндии, а в 1969 -70 гг. ими же – в США, Франции и СССР. Интенсивное развитие метод «Vyredox» получил в 70 -х годах прошлого века благодаря усилиям шведской фирмы «Vyrmetoder AB» . Одновременно в ФРГ внедрялась технология подземной очистки «Subterra» .

• Технология внутрипластовой очистки воды базируется на создании в водоносном пласте искусственных геохимических барьеров с измененными окислительновосстановительными условиями, в пределах которых благодаря физико-химическим и биологическим процессам протекают реакции окисления двухвалентных железа и марганца с переводом их в труднорастворимые формы трехвалентного железа и четырехвалентного марганца. Удаление окислительных компонентов, как и в традиционных технологиях, осуществляется фильтрацией, в качестве фильтрующей среды выступают породы водоносного пласта.

8 4 10 5 11 э 4 6 9 3 н 7 н 3 н э 2 1 э 2 3

1 – водоносный пласт; 2 – зона осаждения R = 10 -20 м; 3 –водозаборные скважины; 4 – павильоны скважин; 5 – узел подготовки закачиваемой воды; 6 – повысительный насос; 7 – аэратор; 8 – напорный дегазатор; 9 – напорный водовод; 10 - трубопровод подачи кислородсодержащей воды; 11 – депрессионная кривая

• Геохимические барьеры формируются путем закачки кислородсодержащей воды в пласт через скважины. Насыщение закачиваемой воды кислородом достигается путем аэрации компрессорами или эжекторами. Размеры создаваемых зон должны быть достаточно большими, чтобы процессы осадконакопления не смогли повлиять на производительность водозаборных скважин в течение всего срока эксплуатации.

Типы установок • односкважинные. При этом водозаборные скважины одновременно являются нагнетательными. Процессы «зарядки» зоны окисления, т. е. закачки кислородсодержащей воды, и откачки очищенной воды разделены во времени. «Subterra» (Германия). Нашли практическое применение в нашей стране. • многоскважинные. Установка состоит из водозаборной скважины, вокруг которой размещены закачные (питательные) скважины, а процессы откачки и закачки совмещены по времени. «Vyredox» .

Преимущества: • отсутствие громоздких сооружений обработки воды, оборота промывных вод и утилизации осадка; • капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воды в 2 -5 раз меньше, чем на наземных сооружениях; • технология является безотходной и экологически чистой, т. к. все продукты реакции остаются под землей.

Недостатки: • кольматаж пласта осадками окислов железа и выход скважин из строя; • снижение эффекта обезжелезивания при трещиноватых породах, высокой цветности воды, обусловленной присутствием гуминовых комплексов, в скважинах с многоярусными фильтрами, в скважинах с большой длиной фильтров (40 -50 м).

Безнапорная схема