Очистка воды
любой сложности

тел.: (495)755-64-37,
(495)979-84-31;
info@etch.ru

 
Мы предлагаем:
• Наше производство
• Услуги
• Прайс-лист
Нас рекомендуют:
• О компании
• Наши клиенты
• Публикации
Информация:
• Вопросы-ответы
• Нормативы
Качество воды
• Как сделать анализ воды
• Требования к качеству воды
• Наши координаты
ПРИБОР ТЕРМИТ:
• ОПИСАНИЕ
• ВОПРОСЫ-ОТВЕТЫ
• ГДЕ КУПИТЬ

 Я ищу фильтры для очистки воды в загородном доме, на даче

 Меня интересует очистка питьевой воды для квартиры, офиса, кафе, ресторана

 Меня интересует станция водоочистки для производства, котельной, линии розлива воды

 Меня интересует станция очистки воды для многоквартирного дома, поселка

 Задайте свой вопрос специалисту

 Опросные листы

 08.2015
В августе 2015 г. была поставлена, смонтирована и запущена очередная станция водоподготовки производительностью 3,5 куб.м/час в городе Щелково.

 25-28.03.2015
Компания "ЭКОСЕРВИС ТЕХНОХИМ - М" приняла участие во Всероссийской выставке "Передовые технологии в сфере ЖКХ и ТЕК" , прошедшей в Республике Крым , г. Алушта 25-28 марта 2015 г.

Подробнее >>

Все новости >>

Обезжелезивание и деманганация воды

В. В. Банников, канд. техн. наук
Директор предприятия «Экосервис Технохим»
(www.etch.ru)

Содержание

1. Обезжелезивание воды

 1.1. Химизм процессов в воде с участием железа

 1.2. Методы обезжелезивания воды

  Упрощенная аэрация

  Аэрация на специальных устройствах

  Коагуляция и осветление, известкование

  Введение реагентов-окислителей

 1.3. Скорые напорные фильтры обезжелезивания

 1.4. Каталитические наполнители

2. Деманганация воды

 Глубокая аэрация с последующим фильтрованием

 Деманганация перманганатом калия

 Каталитическое окисление марганца

 Фильтрование через модифицированную загрузку

 Введение реагентов-окислителей

Литература

1.2. Методы обезжелезивания воды

Для обезжелезивания поверхностных вод используются только реагентные методы с последующей фильтрацией. Обезжелезивание подземных вод осуществляют фильтрованием в сочетании с одним из способов предварительной обработки воды:

  • упрощенная аэрация,
  • аэрация на специальных устройствах,
  • коагуляция и осветление,
  • введение реагентов-окислителей, таких как хлор, гипохлорит натрия или кальция, озон, перманганат калия;

При мотивированном обосновании применяют и другие методы, например катионирование, диализ, флотация, электрокоагуляция и др.

Для удаления из воды железа, содержащегося в виде коллоида гидроксида железа Fe(OH)3 или в виде коллоидальных органических соединений, например гуматов железа, используют коагулирование сульфатом алюминия или железным купоросом с добавлением хлора или гипохлорита натрия.

В качестве наполнителей для фильтров в основном используют песок, антрацит, сульфоуголь, керамзит, пиролюзит, а также фильтрующие материалы, обработанные катализатором, ускоряющим процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное. В последнее время все большее распространение получают наполнители с каталитическими свойствами: Manganese Greensand (MGS), Birm, МТМ и МЖФ.

При наличии в воде коллоидного двухвалентного железа требуется проведение пробного обезжелезивания. Если отсутствует возможность осуществить его на первой стадии проектирования, выбирают один из вышеперечисленных методов на основании проведенного пробного обезжелезивания в лаборатории или опыта работы аналогичных установок.

Упрощенная аэрация

В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа.

Этот метод допускается применять при следующих качественных показателях воды [1,2]:

  • общее содержание железа до 10 мг/л, при этом содержание двухвалентного железа не менее 70%;
  • величина рН не менее 6,8;
  • щелочность более (1+ [Fe2+]/28) мг-экв/л, где [Fe2+] - концентрация двухвалентного железа в мг/л;
  • содержание сероводорода не более 2 мг/л;
  • перманганатная окисляемость не более (0,15[Fe2+] + 5 мг/л О2).

Если одно из этих условий не выдерживается, нужна предварительная аэрация воды в аэраторах с добавлением в нее необходимых реагентов (хлор, гипохлорит натрия, перманганат калия и др.)

При содержании в воде сульфата железа FeSO4 аэрация воды не позволяет провести ее обезжелезивание. Это связано с тем, что при гидролизе растворенной соли железа образуется кислота, понижающая рН воды менее 6,8, и процесс гидролиза почти прекращается. Поэтому для удаления из воды кислоты требуется ее известкование с осаждением плохо растворимого гипса CaSO4:

FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaSO4 (3)

После известкования требуется отстаивание и фильтрация воды.

Упрощенную аэрацию можно реализовать путем излива воды в карман или в центральный канал открытых фильтров с высоты над уровнем воды 0,5-0,6 м.

При использовании напорных фильтров воздух вводят непосредственно в подающий трубопровод с нормой расхода 2 л на 1 г железа Fe2+. Если в исходной воде более 40 мг/л свободной углекислоты и более 0,5 мг/л сероводорода, то воздух в трубопровод не вводят. В этом случае перед напорным фильтром необходимо установить промежуточную емкость со свободным изливом воды и повысительный насос.

СНиП [1] определяют расчетную скорость фильтрования при обезжелезивании воды упрощенной аэрацией с помощью нижеследующей таблицы.

Таблица 1
Характеристика фильтрующего слоя при обезжелезивании воды упрощенной аэрациейРасчетная скорость фильтро-
вания,
м/ч
Мин. диаметр зерен, ммМакс. диаметр зерен, ммЭквивалентный диаметр зерен, ммКоэффициент неоднород-
ности
Высота слоя, мм
0,81,80,9 -1,01,5 - 210005 - 7
121,2 - 1,31,5 - 212007 - 10

Используя характеристики конкретного наполнителя фильтра и руководствуясь параметрами табл. 1, можно выполнить расчет фильтровальной станции. СНиП [1] требует, чтобы продолжительность работы фильтров между промывками составляла при нормальном режиме не менее 8-12 часов и не менее 6 часов при форсированном режиме или при полной автоматизации промывки фильтра.

Общую поверхность фильтрования можно определить по формуле:

F = Q / (Tстvн - nпрqпр - nпрtпрvн), (1)

где Q - полезная производительность фильтровальной станции за 1 сутки, м3; Tст - продолжительность работы станции в течение суток, ч; vн - расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по табл. 1, с учетом соотношения (3); nпр - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации; qпр - удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, м32 (определяется из паспортных данных фильтра и эксплуатационных характеристик наполнителя); tпр - время простоя фильтра в связи с промывкой, ч (определяется из паспортных данных фильтра и рабочих характеристик наполнителя).

Количество фильтров в составе фильтровальной станции производительностью более 1600 м3/сутки должно быть не менее четырех. При производительности более 8-10 тыс. м3/сутки количество фильтров N следует определять с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных в зависимости от компоновки фильтров) по формуле:

N = (F)0,5 / 2 (2)

При этом должно быть выдержано соотношение:

Vф = Vн N / (N - N1) (3)

где N1 - число фильтров, находящихся в ремонте; Vф - скорость фильтрования при форсированном режиме.

Аэрация на специальных устройствах

Аэрация на специальных устройствах используется, когда необходимо удалить из воды железо при концентрации его в воде выше 10 мг/л и увеличить величину рН выше 6,8.

Для осуществления аэрации используют вентиляторные градирни (дегазаторы), либо контактные градирни с естественной вентиляцией. На рис. 1 представлена схема установки для обезжелезивания воды аэрацией. Исходная вода через патрубок 1подается в верхнюю часть вентиляторной градирни, заполненной керамической насадкой 4 (кольца Рашига размером 25х25х4 мм) или деревянной хордовой насадкой из брусков. Навстречу потоку воды с помощью вентилятора 5 направляют воздух. В процессе аэрации выделяется углекислота (диоксид углерода), а вода обогащается кислородом. Из градирни вода стекает в контактную емкость 7, откуда насосом подается в напорный фильтр. В объеме наполнителя фильтра завершается образование хлопьев гидроксида трехвалентного железа и их задержание.


Рис. 1. Схема установки обезжелезивания воды аэрацией.

1 - патрубок для подачи исходной воды в вентиляторную градирню; 2 - водосливные трубки; 3 - воздушные трубки; 4 - насадка; 5 - вентилятор; 6 - патрубок для отвода обработанной воды; 7 - контактная емкость с гидравлическим затвором; 8 - патрубок для выхода газов из градирни.

Площадь поперечного сечения дегазатора вычисляется исходя из плотности орошения (Пор):

  • керамическая насадка - 60 м3/ч на 1 м2 площади дегазатора,
  • деревянная хордовая насадка - 40 м3/ч на 1 м2 площади.

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу не менее 15 м3 воздуха на каждый куб. метр обрабатываемой воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления насадки. На каждый метр высоты слоя керамической насадки «теряется» 30 мм вод. ст., а для деревянной хордовой - 10 мм вод. ст.

Время пребывания воды в контактной емкости tконт (после дегазатора) составляет 30-45 минут.

Высота слоя насадки, необходимая для снижения содержания диоксида углерода в воде, определяется с помощью табл. 2. Содержание диоксида углерода в воде, подаваемой в градирню (дегазатор) зависит от концентрации растворенного (равновесного) свободного диоксида углерода [СО2]св, мг/л и карбонатной жесткости исходной воды, разрушаемой при водоподготовке, мг-экв/л [1,4,2]:

[СО2] = ([СО2]св + 44 Жк) (4)

Таблица 2
Содержание СО2 в воде, подаваемой на дегазатор, мг/лВысота слоя насадки в дегазаторе, м
Кислотоупорная керамическаядеревянная хордовая
123
5034
10045,2
1504,76
2005,16,5
2505,56,8
3005,77

Блок аэрационного окисления входит в состав установки «Деферрит», разработанной НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды и выпускаемой предприятием «Водкоммунтех». Производительность установки по очищенной воде от 50 до 20000 м3/сут.

ПРИМЕР 1. Выполнить расчет установки обезжелезивания производительностью:

  • суточная, Qсут - 12000 м3,
  • часовая, Qчас - 500 м3.

Содержание двухвалентного железа в исходной воде равно 8 мг/л, величина рН = 7,1.

Концентрация свободного диоксида углерода - 35 мг/л, карбонатная жесткость - 4,5 мг-экв/л.

Для аэрации использовать дегазатор с вентилятором. Насадка дегазатора - кольца Рашига.

1. Требуемая площадь дегазатора Fдег, м2, определяем по формуле:

Fдег = Qчас / Пор

Плотность орошения дегазатора, заполненного кольцами Рашига, составляет 60 м3/ч.

Тогда: Fдег = 500/60 = 8,33 м2.

2. Диаметр дегазатора определим по формуле:

D = (4 Fдег/ 3,14)0,5 = (4*8,33 / 3,14)0,5 = 3,26 м.

3. С помощью выражения (4) определим содержание диоксида углерода в исходной воде: [СО2] = (35 + 44*4,5) = 233 мг/л.

Высота слоя насадки из колец Рашига Нр принимается в соответствии с таблицей 2 равной 5,5 м.

4. Производительность вентилятора дегазатора равна:

Qвент = 15 * Qчас = 15*500 = 7500 м3/ч.

5. Напор, который необходимо развивать вентилятору, равен:

Нвент = 30 * Нр = 30*5,5 = 165 м.

6. Объем контактной емкости:

Vконт = Qчас tконт /60 = 500*40/60 = 333,33 м3.

Если принять высоту слоя воды в контактной емкости в виде цилиндрического резервуара 8 м, то ее диаметр будет равен 7,3 м.

Коагуляция и осветление, известкование

Из поверхностных вод, как правило, необходимо удалить взвеси и коллоидно-дисперсные вещества, включающие соединения железа. Освобождение воды от взвеси и коллоидных веществ возможно осуществить только путем ввода специальных реагентов-коагулянтов. Данный метод обработки воды называют коагуляцией. Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка.

Рабочий режим и оборудование для осветления и коагуляции исходной воды выбирают исходя из характера и уровня содержания загрязнений. При этом если необходимо одновременно повысить щелочность воды и снизить ее солесодержание, рассматриваемые процессы совмещают с известкованием.

Процесс коагуляции достаточно сложен и нет строгих стехиометрических соотношений между дозой коагулянта и количеством растворенных коллоидных веществ в исходной воде. Поэтому дозу определяют методом пробного коагулирования.

В качестве коагулянтов применяют:

  • сульфат алюминия (глинозем) Al2(SO4)3 * 18 H2O при рН исходной воды 6,5-7,5;
  • сульфат железа (железный купорос) FeSO4 * 7 H2O при рН воды 4-10;
  • хлорное железо FeCl3 * 6 H2O для воды с рН 4-10.

Для интенсификации процесса коагуляции в воду дополнительно вводят флокулянты (наиболее распространен полиакриламид). Флокулянты способствуют укрупнению осадка и ускоряют процесс слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных частиц [7].

При достаточном содержании в воде карбонатной жесткости (выше 1 мг-экв/л) коагулянты вначале образуют неустойчивые бикарбонаты (реакции 4), которые разлагаются с образованием хлопьев гидроксидов (реакции 5):

Al2(SO4)3 + 3 Са(HCO3)2 = 2 Al(HCO3)3 + 3 CaSO4 (4)

FeSO4 + Ca(HCO3)2 = Fe(HCO3)2 + CaSO4

2 Al(HCO3)3 = 2 Al (OH)3↓ + 6 CO2 (5)

4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O = 4 Fe(OH)3↓ + 8 CO2

По реакции 5 видно, что для образования хлопьев гидроксида железа необходимо наличие в воде растворенного кислорода.

Если карбонатная жесткость исходной воды невелика, то ее подщелачивают раствором гидроксида натрия или «известковым молоком» (раствор Ca(OH)2):

4 FeSO4 + 4 Ca(OH)2 + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 ↓ + 4 CaSO4 (6)

Осветление и обесцвечивание мутных вод с повышенной жесткостью предпочтительнее осуществлять коагулянтами при высоких значениях рН, а цветных мягких вод - при пониженных рН.

При реализации процесса коагуляции температуру воды поддерживают в пределах 20-25 оС, а при осуществлении коагуляции с известкованием воду подогревают до 30-40 оС.

Дозу коагулянта сульфата алюминия обычно принимают в пределах 0,5-1,2 мг-экв/л. Для воды с умеренным (до 100 мг/л) содержанием взвеси и с небольшой окисляемостью дозу понижают, а для вод с содержанием железа и с высокой окисляемостью (15 мг/л О2 и выше) ее повышают до 1,5 мг-экв/л. Для цветных вод дозу можно ориентировочно определить по формуле [7]:

Дк = 4 (Ц)0,5, (5)

где Дк - доза коагулянта, мг/л; Ц - цветность воды, градусы.

Дозировка флокулянта полиакриламида в виде 0,1 %-ого раствора составляет 0,1-1,0 мг на каждый литр обрабатываемой воды (в пересчете на 100%-ный продукт). Флокулянт добавляют спустя 1-3 минуты после дозирования коагулянта с целью завершения формирования микрохлопьев и адсорбции загрязнений.

При необходимости подщелачивания воды дозу щелочи можно определить из выражения:

Дщ = Эщкк - Щ + 1)*100/С, (6)

где Дщ - доза щелочи, мг/л;

Эщ - эквивалентная масса активной части пощелачивающего реагента, равная для извести 28 (в пересчете на СаО) и 53 для соды (в пересчете на Na2CO3), мг/мг-экв;

Эк - эквивалент безводного коагулянта, равный 57,02 мг/мг-экв для Al2(SO4)3; 75,16 - FeSO4; 54,07 - FeCl3;

Щ - общая щелочность исходной воды + 1 (резервная щелочность), мг-экв/л;

С - концентрация активного вещества в реагенте для подщелачивания, %.

Если величина Дщ при расчете по выражению (6) отрицательна, то подщелачивания не требуется.

Когда в исходной воде содержание взвешенных веществ менее 100 мг/л, коагуляцию осуществляют непосредственно на осветлительных фильтрах с дозировкой коагулянта в подающий трубопровод. Расстояние от точки ввода коагулянта до фильтра должно составлять ≥ 50 диаметров трубопровода (50 Dу).

При концентрации взвеси более 100 мг/л в обрабатываемую воду помимо коагулянта вводят полиакриламид с соответствующим временным разрывом, а процесс ведут в осветлителе.

Дозирующие насосы подбирают исходя из максимальной дозы коагулянта. Cуточный расход коагулянта (в пересчете на безводный 100 %-ный продукт, кг) определяют по формуле:

Pк = 24*Qчаскк/1000, (7)

где Qчас - производительность установки по воде, м3/ч;

Эк - эквивалент безводного коагулянта, равный 57,02 для Al2(SO4)3; 75,16 - FeSO4; 54,07 - FeCl3;

Дк - максимально требуемая доза коагулянта, мг-экв/л.

Расход раствора коагулянта находят при помощи следующего соотношения:

Vк = 100 *Рк / (Скк), (8)

где Vк - суточный объем раствора коагулянта, м3/сутки;

Ск - концентрация коагулянта в дозируемом растворе, обычно равна 5-10 %;

ρк - плотность раствора коагулянта, кг/м3.

Введение реагентов-окислителей

Использование реагентов-окислителей, в первую очередь хлора, с целью обеззараживания, а также удаления железа, используется в России с начала ХХ века. Кульский Л.А. [8] указывал, что хлорирование почти во всех случаях освобождает воду от содержащегося в ней железа. После обработки разных вод этим методом содержание железа во всех случаях остается меньше 0,1 мг/л, причем этот метод эффективен, когда другие приемы не работают. Под действием хлора происходит разрушение гуматов и других органических соединений железа и переход их в форму неорганических солей трехвалентного железа, которые легко гидролизуются. В результате гидролиза выпадает осадок гидроксида железа, либо продуктов неполного гидролиза - основных солей железа различного состава. Эти процессы можно условно описать следующим брутто-уравнением:

4 Fe(HCO3)2 + 2 Cl2 + 4 H2O = 4 Fe(OH)3↓ + 8 CO2 + 4 HCl (7)

Как видно из уравнения (7) вода подкисляется. По стехиометрии (по уравнению реакции) на окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,64 мг хлора, при этом щелочность снижается на 0,018 мг-экв/л.

Хлор также окисляет двухвалентный марганец, разрушает органические вещества и сероводород.

Доза хлора в зависимости от содержания железа может составлять 5-20 г на 1 куб. метр воды при контакте, по крайней мере, 30 минут (не только для окисления железа, но и для надежного обеззараживания). При этом гигиенические требования допускают содержание свободного хлора в питьевой воде до 0,5 мг/л, а связанного до 1,2 мг/л.

СНиП [1] определяет расчетную дозу хлора (в пересчете на 100 %, мг/л) для целей обезжелезивания следующим выражением:

Дх = 0,7 * [Fe2+], (9)

где [Fe2+] - концентрация двухвалентного железа в мг/л.

Дозу активного хлора для целей обеззараживания воды устанавливают на основе данных технологических изысканий. Если они отсутствуют, то для предварительных расчетов следует принимать 2-3 мг/л для поверхностной фильтрованной воды, 0,7-1,0 мг/л для вод из подземных источников.

Обработку воды хлором осуществляют с помощью хлораторов, в которых газообразный (испаренный) хлор абсорбируют водой. Хлорную воду из хлоратора подают к месту потребления. Хотя данный метод обработки воды и является наиболее распространенным, тем не менее, он обладает целым рядом недостатков. В первую очередь это связано со сложной транспортировкой и хранением больших объемов жидкого высокотоксичного хлора. На станциях водоподготовки необходимо наличие экологически опасных стадий хлорного хозяйства, таких как разгрузка емкостей с жидким хлором, его испарения для перевода в рабочую форму. Создание рабочих запасов хлора на складах представляет опасность не только для рабочего персонала станции, но и для населения [9].

Как альтернативу хлорированию в последние годы все шире используют обработку воды раствором гипохлоритом натрия (NaClO), причем этот метод находит применение, как на больших станциях водоподготовки, так и на небольших объектах, в том числе и в частных домах.

Водные растворы гипохлорита натрия получают химическим:

Cl2 + 2 NaOH = NaClO + NaCl + H2O, (8)

или электрохимическим методом:

NaCl + H2O = NaClO + H2, (9).

В соответствии с [10] раствор гипохлорита натрия, получаемый по химическому методу, выпускается в виде трех марок. Ниже приведены показатели по составу продуктов.
Марка«А»«Б»«В»
Содержание:
активный хлор, г/л190170120
гидроксид натрия, г/л10-2040-6020-90

Обеззараживание воды и окисление примесей с использованием гипохлорита натрия, производимого электрохимически, впервые было применено в США в конце 30-х годов прошлого столетия. Дальнейшее развитие электрохимии, разработка конструкций новой электрохимической аппаратуры с использованием современных стойких электродных материалов, позволило создать установки, способные конкурировать с другими методами обеззараживания воды [9, 13].

В качестве примера можно указать электрохимические установки серии «Санатор®», разработанные и выпускаемые предприятием «Экосервис Технохим». Установка «Санатор®» готовит гипохлорит натрия из поваренной соли непосредственно на месте потребления. Кроме того, они снабжены устройством пропорционального дозирования раствора гипохлорита в подающий трубопровод перед фильтрами. На рис. 2 показана схема подачи гипохлорита в магистральный трубопровод, на рис. 3 принципиальная схема подключения установки.


Рис. 2. Схема подключения трубной сборки.

1 - патрубок подачи исходной воды; 2 - патрубок вывода обработанной воды; 3 - патрубок с обратным клапаном для подачи раствора гипохлорита натрия; 4 - водосчетчик; 5 - гибкий шланг с накидной гайкой; V1-V4 - шаровые краны.


Рис.3. Принципиальная схема подключения Санатора.

1 - сетевой кабель; 2 - микроконтроллер; 3 - кабель импульсного вывода; 4 - кабель нагрузки; 5 - распределительная колодка (розетки); 6 - кабель подключения блока питания; 7 - блок питания Санатора; 8 - кабель подключения дозирующего насоса; 9 - кабель подключения электродной кассеты; 10 - бак Санатора; 11 - дозирующий насос; 12 - водосчетчик; V1-V4 - шаровые краны.

Гипохлорит натрия обладает рядом свойств, ценных в техническом отношении. Его водные растворы не имеют взвесей и поэтому не нуждаются в отстаивании, например, в противоположность хлорной извести. Применение гипохлорита натрия для обработки воды не вызывает увеличения ее жесткости, так как он не содержит солей кальция и магния как хлорная известь или гипохлорит кальция. Бактерицидный эффект раствора NaClO, полученного электролизом, выше, чем у других дезинфектантов, действующим началом которых является активный хлор. Кроме того, он обладает еще большим окислительным действием, чем растворы, приготовленные химическим методом из-за более высокого содержания хлорноватистой кислоты (HClO).

Окисление двухвалентного железа происходит в соответствии со следующим уравнением:

2 Fe(HCO3)2 + NaClO + H2O = 2 Fe(OH)3↓ + 4 CO2 + NaCl (10)

Расчет установки для обработки воды гипохлоритом натрия в первую очередь требует определить расход активного хлора на процессы окисления, обеззараживания и разрушение сероводорода.

Требуемый расход активного хлора на обработку воду АХ (в пересчете на 100% хлор, г/ч) определяется следующим выражением:

AX = Qчас * {Дх + [Fe2+] * KFe] + [Mn2+] * KMn + [H2S] * KCB}, (9)

где Qчас - объемный расход воды (максимальный), м3/ч;

Дх - доза активного хлора для обеззараживания воды, мг/л;

[Fe2+] - содержание двухвалентного железа в исходной воде, мг/л;

KFe - расход активного хлора для окисления железа (0,67 мг активного хлора на 1 мг двухвалентного железа);

[Mn2+]- содержание двухвалентного марганца в исходной воде, мг/л;

KMn - расход активного хлора для окисления двухвалентного марганца (1,3 мг активного хлора на 1мг марганца);

[H2S] - содержание сероводорода в исходной воде, мг/л;

KCB - расход активного хлора для разрушения сероводорода (2,1 мг активного хлора на 1 мг сероводорода).

Как следует из уравнения реакции (10) в процессе окисления железа гипохлоритом натрия не происходит подкисления воды, а это очень важно для процесса фильтрации. Кроме того, раствор гипохлорита натрия как товарный, так и электрохимический, щелочной, что благоприятно для фильтрования.

ПРИМЕР 2. Выполнить расчет установки для обработки воды товарным раствором гипохлорита натрия марки «Б»[10] с содержанием активного хлора 170 г/л. Раствор перед введением гипохлорита разбавить в 17 раз (Кр-коэффициент разбавления) до концентрации Ср=10 г/л (рабочий раствор).

Часовая производительность установки по воде, Qчас - 5,5 м3,

суточный расход воды, Qсут - 88 м3, т.е. установка работает t=16 часов в сутки.

Состав исходной воды:

  • двухвалентное железо 8 мг/л,
  • двухвалентный марганец 0,5 мг/л,
  • сероводород 0,4 мг/л,
  • величина рН = 6,9.

Пробная обработка воды показала необходимость введения 3,5 мг/л активного хлора для целей обеззараживания.

1. Требуемый расход активного хлора (в пересчете на 100%) определим по выражению (9):

АХ = 5,5 * (3,5 + 8*0,67 + 0,5*1,3 + 0,4*2,1) = 56,9 г/ч.

2. Скорость подачи рабочего раствора гипохлорита натрия (необходима для подбора дозирующего насоса по производительности):

Пгн = АХ / Ср = 56,9 / 10 ≈ 6 л/ч.

3. Суточный расход рабочего раствора гипохлорита (необходим для подбора бака для хранения и дозирования рабочего раствора):

Пгн * t = 6*16 = 96 л.

4. Суточный расход товарного раствора гипохлорита натрия марки «Б» (необходим для определения затрат на реагент):

Ргн = Пгн * t / Кр = 6 * 16 / 17 = 5,6 л.

Используется также метод окисления двухвалентного железа путем введения в исходную воду перед фильтрами раствора перманганата калия KMnO4. Последний может также вводиться в сочетании с гипохлоритом натрия с целью обработки сложных вод и экономии достаточно дорогостоящего окислителя - перманганата калия.

При обработке воды перманганатом реакция окисления железа с последующим гидролизом протекает по уравнению (упрощенная запись):

4 Fe(HCO3)2 + MnO4 - + 2 H2O = 4 Fe(OH)3↓ + MnO2↓ + 8 CO2 (11)

По уравнению (11) на окисление 1 мг Fe2+ тратится 0,71 мг перманганата калия, а щелочность воды снижается на 0,036 мг-экв/л. СНиП [1] определяет расчетную дозу перманганата калия (в пересчете на 100 %, мг/л) для окисления железа и марганца при помощи следующего выражения:

Дпк = [Fe2+] + 2* [Mn2+], (10)

где [Fe2+] - концентрация двухвалентного железа в исходной воде, мг/л;

[Mn2+] - концентрация двухвалентного марганца, мг/л.

Для приготовления рабочих растворов перманганата калия следует руководствоваться данными по растворимости перманганата в воде:

  • при температуре 20 0С 6,34 г KMnO4 на100 г воды;
  • при 60 0С 22,2 г KMnO4 на100 г воды.

При совместном введении в обрабатываемую воду перманганата калия и гипохлорита натрия дозы этих реагентов (в пересчете на 100% продукт, мг/л) можно определить из уравнений:

Дпк = 0,2*[Fe2+] + 2* [Mn2+], (11)

Дгн = 0,7*[Fe2+].

При сравнении уравнений (10) и (11) следует, что совместный ввод реагентов позволяет сэкономить до 80% перманганата калия. Введение перманганата перед подачей гипохлорита натрия разрушает органические вещества, вступающие в реакцию с хлором с образованием продуктов с резким запахом, например фенолы. Если ввод реагентов осуществить в другой последовательности, то перманганат калия будет разрушать образованные хлорпродукты.

Одним из перспективных методов окисления железа является озонирование. Озон О3 является одним из самых сильных окислителей, уничтожающих бактерии, споры и вирусы. По сравнению с хлором применение озона оказывается более эффективным для окисления детергентов, гербицидов, пестицидов, фенолов и для окисления других трудно окисляемых химических соединений. Одновременно с обеззараживанием идут процессы окисления двухвалентных железа и марганца, обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение органолептических свойств.

Озон получают из воздуха в специальных аппаратах - озонаторах. В озонаторе при прохождении электрического тока через разрядное пространство с воздухом происходит разряд коронного типа, в результате чего из кислорода воздуха образуется озон.

По стехиометрии можно определить дозу озона на окисление двухвалентного железа по следующему выражению:

Доз = 0,14 * [Fe2+], мг/л (12)

где [Fe2+] - концентрация двухвалентного железа в исходной воде, мг/л.

Доза озона зависит от цели, для которой используют озонирование воды. Для обеззараживания фильтрованной воды доза озона составляет 1-3 мг/л, для обработки подземных вод - 0,75-1 мг/л. При введении озона для окисления железа, обесцвечивания воды с одновременным обеззараживанием доза может доходить до 4 мг/л. Озоно-воздушную смесь из озонатора вводят в воду с помощью эжекторов или через сеть пористых труб, уложенных в камерах смешения.

Концентрация остаточного озона после камер смешения должна быть 0,1-0,3 мг/л. Продолжительность контакта озона с водой зависит от состава воды, концентрации озона в озоно-воздушной смеси, конструкции смесителя, температуры и в среднем составляет 5-20 минут, часто 5-12 минут.

Наша промышленность производит низкочастотные озонаторы, работающая на токе промышленной частоты, а также высокочастотные (0,4-10 кГц), которые более компактные и менее металлоемкие. Завод «Курганхиммаш» серийно выпускает озонаторы производительностью по озону от 0,25 до 10 кг/ч.

Необходимо отметить, что озон высокотоксичен и может поражать органы дыхания. Предельно-допустимая концентрация озона в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.) составляет 0,1 мг/м3. Для сравнения можно указать, что для хлора эта величина в 10 раз менее жесткая и равна 1 мг/м3.

Хотя метод озонирования имеет блестящие перспективы, однако оборудование пока достаточно дорогостоящее, а процесс характеризуется сравнительно большим расходом электроэнергии.

Удаление воды из железа методом ионного обмена (катионирование) допускается, когда одновременно с обезжелезиванием требуется умягчение воды. Однако в этом случае, возможно, только извлечь железо в растворенной двухвалентной форме, а ресурс работы ионообменного материала будет значительно снижен. При этом в очищаемой воде должен отсутствовать кислород.

Предыдущая страницаСледующая страница


ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Собственное производство:

 «Санатор®» - генератор гипохлорита натрия, для обеззараживания воды и различного оборудования

 Энергосбережение. Приборы от накипи «Термит®»

 Системы «Дозатрон» - пропорциональное дозирование реагентов, комплексонов, антискалантов. Насосы, контроллеры

Производство «GE Water & Process Technologies», «Wave Cyber», «Stenner», «AquaPro»:

 Фильтры для очистки воды от железа, марганца, сероводорода

 Установки для умягчения воды

 Сорбционно-осветлительные фильтры. Очистка от механических примесей, запаха, органики

 Ультрафиолетовые лампы. Обеззараживание воды

 Обратный осмос. Установки бытовые и промышленные

 Промышленные системы фильтрования с управлением «AQUAMATIC»

 Клапаны управления «GE Water & Process Technologies»

 Минеральные баки из композитных материалов для систем водоподготовки «Wave Cyber»


Rambler's Top100