№4|2010

ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ

bbk 000000

УДК 628.162.1

Белевцев А. Н., Жаворонкова В. И., Поворов А. А., Дудкин Е. В.

Безреагентные станции обезжелезивания ЗАО «Хюксо» и опыт их эксплуатации

Аннотация

Дан краткий анализ технологий обезжелезивания подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения. Приведены реализованные на муниципальных Водоканалах безреагентные технологические схемы обезжелезивания артезианских вод с использованием оборудования EUROWATER.

Ключевые слова:

, , , , ,

 

Скачать статью в виде журнальной верстки PDF

Присутствие железа в воде, используемой для хозяйственно-питьевого или технического водоснабжения, создает много проблем при эксплуатации систем очистки: коррозия и отложения в трубах (непосредственно или косвенно, обусловливая благоприятные условия для роста специфических бактерий); негативное влияние на органолептические свойства воды (цветность, мутность, металлический привкус) и на технологические процессы различных производств.

В подземных водах, лишенных кислорода, железо присутствует в восстановленной растворимой форме (степень окисления +2) в виде ионов Fe2+ или гидратированных ионов Fe(ОН)+, Fe(ОН)3. Обычно оно присутствует в виде бикарбоната Fe(НСО3)2, иногда в виде солей: силикатов, фосфатов или полифосфатов, сульфатов, хлоридов и т. п. В случае подпитки водоносного горизонта из реки или болота железо в подземных водах может находиться в виде комплексных органических соединений с гуминовыми, фульво- и таниновыми кислотами [1]. При проектировании очистных сооружений и разработке технологических процессов удаления железа недостаточно знать только общее его содержание. Должны быть известны формы, в которых оно может присутствовать в воде, что главным образом зависит от величины рН и окислительно-восстановительного потенциала.

Используются различные методы удаления железа из воды: катионирование, химическое окисление (с использованием озона, хлора, перманганата калия, пероксида водорода и др.) с последующим фильтрованием или отстаиванием, биологический метод [2]. Для обезжелезивания подземных вод наиболее широко используется метод окисления с последующим фильтрованием воды через зернистые загрузки.

Первая стадия процесса удаления железа основана на окислении двухвалентного железа в трехвалентное при насыщении воды кислородом, контактированием ее с воздухом (аэрирование в статических реакторах, бассейнах, разбрызгивание на градирнях и др.). Аэрирование осуществляется при атмосферном давлении в безнапорных установках или под давлением путем нагнетания воздуха в статический реактор, заполненный загрузочным материалом с развитой поверхностью (обычно используется вулканическая пемза, дробленый керамзит или кольца Палля) [3].

Скорость окисления двухвалентного железа кислородом зависит от многих факторов, главным образом от температуры, рН, содержания железа и кислорода.

Реакция окисления может быть выражена уравнением:

4Fe2+ + O2 + 8OH + 2H2O  4Fe(OH)3.      (1)

Кинетика реакции определяется формулой Штамма и Лее:

– d(Fe2+)/dt = k[Fe2+PO2·[OH]2,              (2)

где константа k – функция температуры и буферной емкости исходной воды; PO2 – парциальное давление кислорода.

В присутствии в воде бикарбонат-ионов окисление двухвалентного железа в трехвалентное и гидролиз последнего могут быть представлены уравнениями:

4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + 2H2O   
4Fe(OH)3 + 8CO2;                       (3)

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2. (4)

Из уравнений реакций (1), (3), (4) следует, что на окисление одной массовой части двухвалентного железа требуется 0,143 массовых частей кислорода (0,143 мг/мг Fe2+), или 2 л воздуха на 1 г окисляемого железа. Процесс насыщения воды кислородом при разбрызгивании ее в воздухе происходит весьма интенсивно. При падении капель воды, не содержащей растворенного кислорода, даже с высоты 0,5 м содержание кислорода в ней достигает 5 мг/л, что достаточно для окисления 5:0,143 = 35 мг/л двухвалентного железа в трехвалентное.

При обезжелезивании воды вместо кислорода воздуха можно использовать другие окислители: хлор, перманганат калия, озон, пероксид водорода. Реакции окисления хлором и пероксидом водорода протекают по уравнениям:

2Fe2+ + Cl2 + 6OH 2Fe(OH)3 + 2Cl;       (5)

2Fe2+ + H2O2 + 4OH 2Fe(OH)3.            (6)

По этим уравнениям на окисление одной массовой части Fe2+ требуется 0,64 массовых частей хлора, или 0,3 части Н2О2. При окислениижелеза доза перманганата калия принимается такой, чтобы после его введения окислительный потенциал среды составил: + 0,35 В при рН 6; + 0,14 В при рН 7 или + 0,05 В при рН 8.

Установка обезжелезивания подземных вод состоит из устройств для введения окислителя (кислорода воздуха, хлора, пероксида водорода или перманганата калия), контактного резервуара или контактного фильтра и фильтров для удаления из воды осадка гидроксида железа (III). При небольшом (до 10 мг/л) содержании железа в воде устройство специального контактного резервуара не требуется. В этом случае окисление железа заканчивается в водяной подушке над песком в фильтре и в толще фильтрующего слоя. Зерна песка, покрытые осадком гидроксида железа (III) и марганца (если он содержится в обезжелезиваемой воде), катализируют процесс окисления Fe2+.

04_07_tab_01

Аэрация воды при этом осуществляется компрессором с введением воздуха в статический смеситель на подающем трубопроводе (при применении напорных фильтров) или разбрызгиванием воды в воздухе (при изливе ее в карман открытого фильтра). Высота падения струй и капель воды в этом случае должна быть не менее 0,5–0,6 м, скорость истечения воды из направленной вверх трубы – 1,5–2 м/с. Скорость фильтрования при обезжелезивании принимается в пределах 5–20 м/ч с учетом того, что грязеемкость фильтрующего слоя со средним размером зерен 0,9–1,3 мм при упрощенной аэрации по железу составляет 3,5 кг/м3 объема фильтрующего слоя, железо задерживается по всей глубине фильтрующего слоя.

04_07_ris_01

Указанные выше закономерности удаления железа из подземных вод реализованы на оборудовании ЗАО «Хюксо». В таблице приведены некоторые объекты муниципального подчинения, введенные в эксплуатацию в 2007–2010 годах. На рис. 1 показан внешний вид станции обезжелезивания в пос. Селятино Московской области, смонтированной в здании действующего водозаборного узла.

Компания ЗАО «Хюксо» комплектует линии водоподготовки (обезжелезивание) автоматически промываемыми фильтрами TFB производства фирмы EWROWATER. Фильтры выполнены из металла и имеют антикоррозионное покрытие (INERTOL-битумная основа, Hempadur-эпоксиполиаминная основа и др.). Диаметр фильтров составляет 900–2900 мм, площадь фильтрации 0,62–6,51 м2. Колпачковая система распределения гарантирует равномерность процесса фильтрования без проскока и качественную обратную промывку. Нормальная скорость фильтрации составляет 15 м/ч. Внешний вид напорного фильтра показан на рис. 2.

04_07_ris_02

В качестве зернистой загрузки для процесса обезжелезивания используется природный материал NEVTRACO (NEV I) с размером зерен 1–2,5 мм. Его химический состав, %: CaCO3 – 98; MgO – 0,6; SiO2 – 0,5; Al2O3 – 0,1; Fe2O3 – 0,15; MnO – 0,02; H2O – 0,2; нерастворимые вещества в HCL – 0,2.

Типовая технологическая схема обезжелезивания воды представлена на рис. 3.

04_07_ris_03

Исходная вода из скважин подается погружными насосами под давлением не менее 3 бар на станцию обезжелезивания. Насыщение воды кислородом осуществляется подачей воздуха компрессорной станцией в статический смеситель (рис. 4), который устанавливается перед каждым напорным фильтром или на группу фильтров (в зависимости от содержания общего железа и производительности станции). Расход воздуха на аэрирование регулируется с помощью
распределительной системы (рис. 5). Далее поток подается на три параллельно работающих фильтра TFB-40 диаметром 1800 мм. Образующаяся в фильтрах гидроокись железа осаждается в толще зернистой загрузки NEVTRACO, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа. Эта пленка представляет собой эффективный адсорбент пористой структуры, является катализатором окисления поступающего в загрузку двухвалентного железа и ускоряет осаждение железа из воды. Поэтому эффективность очистки воды в зернистом слое несравнимо выше, чем в гомогенном объеме.

04_07_ris_04-05

Регенерация фильтрующей загрузки производится автоматически панелью управления TF5 (для четырех фильтров) и контроллером (для пяти и более фильтров). Продолжительность цикла регенерации составляет 20 мин. Сначала осуществляется продувка загрузки воздухом (вытеснение исходной воды), затем – промывка очищенной водой из резервуара чистой воды с интенсивностью 30 м/ч. Возможна реализация схем обратной промывки исходной водой со сбросом первой порции фильтрата в канализацию, а также промывка чистой водой с других фильтров. Объем промывной воды составляет менее 3% объема очищенной воды.

Очищенная вода поселков Балакирево и Селятино (рис. 3) поступает в резервуар чистой воды, откуда станцией второго подъема подается потребителю (после предварительного обеззараживания раствором гипохлорита натрия, который готовится в емкости и дозируется в поток очищенной воды насосами-дозаторами).

Вода после промывки фильтров собирается в сборной емкости, при этом в поток отводимых промывных вод подается 0,1-процентный раствор флокулянта для улучшения осаждения механических частиц, присутствующих в промывной воде. Дозирование флокулянта осуществляется насосом-дозатором из емкости. Образовавшаясяна дне емкости суспензия насосом подается на фильтр-пресс для обезвоживания. Осветленная вода в данном случае сливается в канализацию или может подаваться в «голову» очистных сооружений. Шлам после обезвоживания (влажностью около 80%) вывозится на утилизацию, а фильтрат сливается в канализацию.

Выводы

Использование оборудования EWROWATER и технологических решений ЗАО «Хюксо» позволяет полностью автоматизировать процесс обезжелезивания подземных вод в масштабах муниципальных Водоканалов и обеспечить его экологическую безопасность.

 

 

Список литературы

  1. Клячко В. А., Апельцин И. Э. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971.
  2. Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. - М., 2003.
  3. Николадзе Г. И. Улучшение качества подземных вод: Афтореф. дис. : д-р техн. наук. -М.,1996.

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения

ecw18 vst 200

Конференция итог

VAK2

raww 2017

Aquatherm 2018 100x100

100х100 stroi ural

Трубопроводная арматура АБРАДОКС, АБРА, ABRADOX, ABRA

Авторизация

Внимание! Рекомендуется просматривать сайт максимально свежими версиями браузеров. Некоторые устаревшие версии (IE 8) не смогут корректно скачать материалы номеров журнала.