Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы обезжелезивания и деманганации подземных вод 9
1.1 Краткий анализ качества подземных вод Нижегородской области 9
1.2 Роль железа и марганца в питьевой воде 11
1.3 Теоретические основы обезжелезивания и деманганации воды 12
1.3.1 Безреагентные методы обезжелезивания и деманганации воды 14
1.3.2 Реагентные методы обезжелезивания и деманганации воды 23
Выводы 34
Цель и задачи исследований 35
2 Исследование современных малогабаритных установок 36
2.1 Установки малой производительности для обезжелезивания и деманганации подземных вод 36
2.2 Исследование современных фильтрующих материалов для обезжелезивания и деманганации воды 36
Выводы 44
3 Исследование и оценка эффективности современных каталитических материалов 46
3.1 Объект исследования 46
3.2 Описание установки для проведения лабораторных исследований 47
3.3 Результаты лабораторных исследований 50
3.3.1 Влияние скорости фильтрования на эффективность удаления высоких концентраций железа и марганца 50
3.3.2 Влияние качества исходной воды на эффективность удаления высоких концентраций железа и марганца 55
3.3.3 Определение времени защитного действия каталитических загрузок 60
3.3.4 Определение фактической ёмкости каталитических загрузок 75
3.3.5 Оценка эффективности фильтрующих материалов 78
Выводы 79
4 Экспериментальные исследования технологии удаления высоких концентраций железа и марганца на малогабаритной установке с использованием каталитического фильтрующего материала 81
4.1 Объект исследований 81
4.2 Разработка технологической схемы малогабаритной установки обезжелези-вания и деманганации 81
4.2.1 Расчет бака-аэратора 82
4.2.2 Расчет блока окисления гипохлоритом натрия 84
4.2.3 Расчет реагентного хозяйства 85
4.2.4 Расчет напорного обезжелезивающего фильтра 86
4.2.5 Расчет бака чистой воды 87
4.3 Программа и методика проведения экспериментальных исследований 89
4.4 Результаты экспериментальных исследований 91
4.5 Оптимизация комбинированной технологии удаления высоких концентраций железа и марганца на малогабаритной установке с использованием каталитического материала 98
4.6 Экономическая оценка предлагаемой технологии 100
Выводы 103
Общие выводы 104
Список литературы 105
- Теоретические основы обезжелезивания и деманганации воды
- Исследование современных фильтрующих материалов для обезжелезивания и деманганации воды
- Влияние скорости фильтрования на эффективность удаления высоких концентраций железа и марганца
- Разработка технологической схемы малогабаритной установки обезжелези-вания и деманганации
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время на территории Нижнего Новгорода и области отмечается рост строительства небольших жилых поселков, баз отдыха, загородных коттеджей, усадеб и фермерских хозяйств, которые для обеспечения своих нужд используют воду подземных нецентрализованных источников (индивидуальных, групповых скважин).
Проведенные анализы состояния химического состава подземных вод на территории Н. Новгорода и области показывают, что в большинстве проб воды наблюдается присутствие широкого спектра загрязнений. В первую очередь это относится к повышенному содержанию железа и марганца, концентрации которых часто находятся в пределах: по железу — 13 - 20 мг/л (43 - 67 ПДК); по марганцу -1,0 - 1,8 мг/л (10 - 18 ПДК).
Анализ рынка существующих установок и устройств малой производитель-ности (1,0 - 10,0 м /сут) для обезжелезивания и деманганации подземных вод показывает, что существующие установки предназначены для* удаления железа и-марганца при их исходных концентрациях до 10 мг/л (33 ПДК) и до 1,0 мг/л (10 ПДК) соответственно. В их основу положен каталитический метод.
На сегодняшний день проблема очистки подземных вод с высоким содержанием железа и марганца на малогабаритных установках изучена недостаточно и до конца не решена.
Обезжелезивание и деманганация подземных вод с высоким содержанием железа и марганца в условиях нецентрализованного водоснабжения может решаться путем разработки, исследования и внедрения современной, высокоэффективной технологии водоподготовки (обезжелезивания и деманганации) с применением малогабаритных и надёжных водоочистных установок и устройств.
Актуальными направлениями являются: разработка и применение дополнительных технологических приемов для интенсификации процесса удаления железа и марганца; поиск оптимальных доз и комбинаций реагентов; исследование свойств современных каталитических материалов.
Объект исследований - подземные воды Н.Новгорода и области, современные каталитические материалы, установки малой производительности (малогабаритные) для удаления из подземных вод высоких концентраций железа и марганца.
Целью диссертационной работы является разработка, исследование технологии очистки подземных вод с высокими концентрациями железа и марганца на малогабаритных установках с использованием современных каталитических фильтрующих материалов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены результаты исследований фильтрующих свойств современных каталитических материалов, отличающиеся комплексностью определения технологических характеристик исследуемых загрузок по отношению к высоким концентрациям железа и марганца;
предложена методика расчета остаточных концентраций железа и марганца в зависимости от времени фильтрования для различных современных каталитических материалов, способная прогнозировать работу фильтров без проведения дополнительных опытов;'
разработана комбинированная технология удаления высоких концентраций железа и марганца на малогабаритной установке с использованием каталитического материала, позволяющая применить полученные экспериментальные данные при проектировании промышленных установок по обезжелезиванию и деманганации;
получена математическая зависимость извлечения марганца, адекватно описывающая влияние доз реагентов на эффективность комбинированного метода очистки на малогабаритной установке с использованием каталитического фильтрующего материала.
Личный вклад автора состоит:
в обосновании необходимости разработки и исследования технологии очистки подземных вод с высоким содержанием железа и марганца;
в непосредственном проведении комплексных лабораторных исследований современных каталитических фильтрующих материалов и влияния технологических факторов на процесс удаления высоких концентраций железа и марганца;
в непосредственном проведении экспериментальных исследований на малогабаритной пилотной установке в натурных условиях;
обработка результатов экспериментов, получение математических зависимостей для расчета остаточных концентраций железа и марганца в зависимости от времени фильтрования.
Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических методов обработки экспериментов. При постановке экспериментов были использованы современные общепринятые методики, оборудование и приборы.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
изучены свойства современных каталитических материалов при удалении высоких концентраций железа и марганца, что определило их пригодность к использованию в качестве фильтрующих материалов;
исследовано влияние технологических факторов на эффективность очистки подземных вод с высоким содержанием железа и марганца, что позволило разработать эффективную комбинированную технологию водоподготовки;
эксперименты на пилотной малогабаритной установке дали возможность комплексно оценить эффективность работы разработанной технологии обезжелези-вания и деманганации;
- результаты исследований позволили интенсифицировать и повысить эффек
тивность работы существующих малогабаритных установок обезжелезивания и де
манганации на ряде объектов в Борском районе Нижегородской области, а также в
пос. Доскино и Гавриловка для обеспечения объектов индивидуального строитель
ства (коттеджей) высококачественной питьевой водой.
На защиту выносятся:
- результаты комплексных исследований современных каталитических фильт
рующих материалов и влияния технологических факторов на процесс удаления вы
соких концентраций железа и марганца;
- результаты исследований комбинированной технологии обезжелезивания и
деманганации на пилотной малогабаритной установке;
- технология очистки подземных вод с высоким содержанием железа и марганца на малогабаритной установке с использованием каталитического материала.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, изложенные в работе, докладывались и обсуждались: на 7-ом международном научно-промышленном форуме «Великие реки» (г. Нижний Новгород, 2005г.); сессии молодых ученых (г. Нижний Новгород, 2006г.); сессии молодых ученых (г. Нижний Новгород, 2007г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов ННГАСУ (г. Н. Новгород, 2008 - 2009 гг.); научных семинарах кафедры "Водоснабжение и водоотведение" ННГАСУ в 2008 - 2009 гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 14 работ (11— в виде статей, три — в виде тезисов докладов), из них одна статья в издании, рекомендованном ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка используемых источников, насчитывающего 105 библиографических ссылок и 9 приложений. Она изложена на 134 страницах, содержит 51 рисунок и 20 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность канд. техн. наук, профессору Горбачеву Е. А. за ценные советы и методическую помощь при написании диссертационной работы, руководству компании "ЭкоЛайф" за предоставленное оборудование для проведения пилотных исследований, Захаровой Т. А. за консультационную поддержку при проведении лабораторных исследований.
Теоретические основы обезжелезивания и деманганации воды
В подземных водах преобладающей формой существования железа является бикарбонат железа (II), который устойчив только при наличии значительных количеств углекислоты и при отсутствии растворённого кислорода. Наряду с этим железо встречается в виде сульфида, карбоната и сульфата железа (II), комплексных соединений с гумматами и фульвокислотами.
В подземных водах марганец находится преимущественно в форме бикарбоната марганца (II) хорошо растворимого в воде. Марганец в подземных водах практически всегда встречается одновременно с железом, что объясняется парагенетиче-ской связью между этими элементами. Поэтому процесс обезжелезивания неразрывно связан с процессом деманганации [6].
Анализ диаграмм Пурбе, построенных в координатах «окислительно-восстановительный потенциал - значение рН» и отражающих состояние систем железо - вода и марганец - вода, позволяет в первом приближении наметить направление реализации технологий удаления железа и марганца. Диаграммы Пурбе представлены на рисунке 1.1.
Увеличение Eh среды путём применения сильных окислителей без корректирования значения рН воды или повышение значения рН при недостаточном Eh, а так-же совместное применение сильного окислителя и едких щелочей для повышения рН - основные принципы, которые могут быть использованы при очистке воды от железа и марганца [7].
Как следует из диаграммы, при значениях рН 4,5 железо находится в воде в виде ионов Fe +, Fe"+ и Fe(OH)2+. Повышение значения рН приводит к окислению железа (II) в железо (III), которое выпадает в осадок. В этих же условиях при Eh - 0,2В и наличии в воде сульфидов может выделяться чёрный осадок FeS. В восстановительной среде в присутствии карбонатов и при рН 8,4 возможно выделение карбоната, при рН 10,3 - гидроксида железа (II) [7]. Совместное удаление железа и марганца, согласно анализа диаграммы Пурбе, будет происходить при рН 8,0-8,5 и Eh 0,2В.
На сегодняшний день существует множество технологий удаления железа и марганца из подземных вод [8]. Преимущественно они базируются на физико-химических процессах окисления ионов Мп и Fe с последующим образованием и отделением нерастворимых фаз при фильтровании через слой зернистой загрузки.
Очевидно, что необходимо уделить должное внимание существующей проблеме деманганации и обезжелезивания природных вод. Для этого нужно проводить мероприятия по оптимизации существующих процессов и технологий водо-подготовки, а также разрабатывать новые направления в решении этих наболевших проблем. Большой вклад в решение отдельных вопросов внесли отечественные ученые: Апельцин Н.Э., Артеменок Н.Д., Кастальский А.А., Клячко В.А., Николадзе Г.И., Кульский Л.А., Сколубович Ю.Л. и многие другие.
Выбор технологии зависит от природы соединений Fe и Мп (минеральная или органическая, степень окисления, дисперсность взвешенных форм), их концентрации, окисляемости, от содержания свободной углекислоты, сероводорода, от рН, карбонатной жёсткости, щелочности, окислительно-восстановительного потенциала, температуры и минерализации. Каждый метод имеет свои преимущества и ограничения. Комбинация методов - наилучшая альтернатива, эффективность которой перед внедрением должна быть доказана лабораторным контролем и проверена на пилотных установках.
Железо и марганец из природных вод удаляют методами, которые, можно свести к двум основным группам: безреагентные (физические); реагентные [7, 9]. В настоящее время на практике применяются следующие безреагентные методы обезжелезивания и деманганации [6, 10 - 15, 19, 25, 26]: - упрощенная аэрация с последующим фильтрованием; - вакуумно-эжекционная (глубокая) аэрация и фильтрование; - метод "сухой" фильтрации; - фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды или воздуха (метод "Виредокс"); - биологический метод; - очистка с помощью мембран (ультрафильтрация). Ниже рассматриваются наиболее применяемые и перспективные методы без-реагентного обезжелезивания и деманганации подземных вод. Метод упрощенной аэрации, в настоящее время, является наиболее изученным (исследования НИИКВ и ОВ АКХ, МИСИ имени В. В. Куйбышева, ВНИИ ВО-ДГЕО и др.) и широко применяемым при содержании железа в исходной воде до 10 мг/л (в том числе железа закисного не менее 70%), сероводорода до 0,5 мг/л, рН не менее 6,7, окисляемости не более 6-7 мг/л 02 и щелочности более (1 + (FO/28). При этом окислительно-восстановительный потенциал воды после упрощенной аэрации должен быть не менее + 100 мВ и индекс стабильности воды 1 + 0,05. В противном случае вода после обезжелезивания будет нестабильна и при транспортировании ее по металлическим трубам произойдет вторичное обогащение железом. Окисление железа (II) кислородом воздуха происходит по реакции: На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,143 мг растворённого в воде кислорода, щёлочность воды при этом снижается на 0,036 мг-экв/л. 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 окислов двух- и трехвалентного железа. Эта пленка активно интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды. Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим процессом, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление пленки как катализатора непосредственно при работе фильтра.
Исследование современных фильтрующих материалов для обезжелезивания и деманганации воды
Исследования [6] показали, что фильтрующая загрузка в процессе обезжелезивания является основным фактором, обуславливающим удаление железа из воды. Высокий эффект обезжелезивания достигается при образовании на поверхности зёрен плёнки из соединений железа. В настоящее время при усовершенствовании технологий обезжелезивания и деманганации этот метод является перспективным. Большое внимание при окислении железа и марганца уделяется катализаторам.
Каталитические наполнители — природные материалы, содержащие диоксид марганца или загрузки, в которые диоксид марганца введен при соответствующей обработке. Требования к исходной воде
Эти фильтрующие загрузки отличаются друг от друга, как своими физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца и по этому эффективно работают в разных диапазонах значений характеризующих воду параметров. Однако принцип их работы одинаков [70 — 78].
Все каталитические материалы можно разделить на две основные группы: первая - каталитические материалы, у которых восстановление каталитической способности происходит с помощью обратной промывки; вторая - каталитические материалы, у которых восстановление каталитической способности производится с помощью раствора перманганата калия КМп04 (различают постоянную и периодическую регенерации).
Использование каталитических фильтрующих материалов позволяет существенно ускорить процесс окисления растворенных соединений железа и марганца, уменьшить объем фильтровальных сооружений, добиться высоких показателей очистки по железу и марганцу, что особенно актуально при разработке малогабаритных установок водоподготовки, адаптированных к конкретным местным условиям, для не больших водопотребителей. Технологические характеристики современных каталитических фильтрующих материалов сведены в таблицу 2.9.
Особый интерес представляют собой каталитические материалы отечественного производства, имеющие оптимальное соотношение цена/качество, устойчивые к хлорным реагентам (гипохлориту натрия), имеющие небольшую насыпную плотность и не требующие реагента (перманганата калия) для восстановления каталитических свойств загрузки. К таким материалам относятся: МЖФ, МФО — 47, Сорбент АС, Сорбент МС.
Технологические характеристики современных каталитических материалов представлены в приложении Г. 1. Установлено, что существующие малогабаритные установки для обезжелезивания и деманганации, основанные на аэрации с последующим фильтрованием, не позволяют получить требуемое качество очистки в случае больших исходных концентраций железа (более 13 мг/л) и марганца (более 1,0 мг/л). 2. Выявлено, что малогабаритные реагентные установки для обезжелезивания и деманганации с применением окислителя - перманганата калия (в непрерывном или периодическом варианте) связаны с большими затратами дорогостоящего реагента, а также возможными проскоками железа и марганца в очищенную воду при колебаниях их исходных концентраций. К тому же при рН исходной воды менее 6,8 такие системы требуют дополнительного дозирования гипохлорита натрия, что не редкость для Нижегородской области. 3. Проведен критический анализ современных малогабаритных установок обезжелезивания и деманганации в результате, которого установлено: - применение катионообменного метода для удаления железа и марганца целесо образно только там, где существует также и проблема с жесткостью воды. Ионо обменные смолы имеют ряд недостатков: 1 - присутствие в воде трехвалентного железа, которое «забивает» смолу и очень плохо из нее вымывается; 2 — более частые регенерации, что приводит к увеличению расхода соли; 3 — наличие в во де органических веществ (в том числе и органического железа) может привести к быстрому «зарастанию» смолы органической пленкой, которая одновременно служит питательной средой для бактерий. - применение систем ультрафильтрации для обезжелезивания и деманганации воды на малогабаритных установках нецелесообразно вследствие сложности тех нологической схемы. Применение мембран для удаления железа и марганца ог раничено следующими факторами: 1 — мембраны очень критичны к «зараста нию» органикой и забиванию поверхности нерастворимыми частицами. Они тре буют достаточно тщательной предварительной подготовки - удаления взвесей и органики; 2 — постоянный сброс воды в канализацию (10 — 15% от исходного по тока), что ведет к дополнительной нагрузке на систему локальной канализации; 3 - мембранные системы имеют высокую стоимость и их применение рентабельно только там, где требуется очень высокое качество воды. Метод обезжелезивания воды с помощью ультрафильтрации рекомендуется применять при следующих показателях качества исходной воды: железо общее - не более 40 мг/л; марганца - не более 1,5 мг/л; щелочность — не более (1 + (Fe )/28) мг-экв/л; рН — не менее 6 (водородный показатель воды после аэрации должен быть не менее 6,7 - 7); содержание H2S - не более 5 мг/л; перманганатная окисляемость - не более 6—10 мг/л. - применение малогабаритных установок для обезжелезивания и деманганации воды с использованием озона не оправдано, так как оборудование достаточно дорогостояще. К тому же необходим высокий уровень систем автоматики для деструкции избыточного озона, так как он высокотоксичен и может поражать органы дыхания. 4. Показана необходимость исследований технологических свойств современных каталитических материалов, которые открывают перспективу поиска оптимальных решений по интенсификации существующих технологий обезжелезивания и деманганации подземных вод, а также разработке современных технологий во-доподготовки на малогабаритных установках, адаптированных к конкретным местным условиям для небольших локальных водопотребителей.
Влияние скорости фильтрования на эффективность удаления высоких концентраций железа и марганца
Исследования на фильтрующей колонке, загруженной кварцевым песком, показали, что при фильтровании имитата A (Fe - 10 мг/л, Мп - 1,0 мг/л) со скоростью - 5 м/ч эффективность удаления железа составила 77,9 % (2,21 мг/л); эффективность удаления марганца составила 55,6 % (0,44 мг/л).
Так как кварцевый песок не обеспечивает требуемого качества фильтрата, то последующие эксперименты (увеличение скорости фильтрования и увеличение исходных концентраций железа и марганца) проводить было не целесообразно.
Эксперименты на остальных фильтрующих колонках показали, что при скорости — 5 м/ч все каталитические фильтрующие материалы обеспечивают требуемое качество фильтрата по железу и марганцу.
При фильтровании имитата С (Fe — 20 мг/л, Мп - 1,8 мг/л) со скоростью - 8 м/ч через материал МЖФ эффективность удаления железа составила 98,61 % (0,278 мг/л); эффективность удаления марганца составила 94,28 % (0,103 мг/л). Остальные каталитические фильтрующие материалы при скорости - 8 м/ч обеспечивают требуемое качество фильтрата по содержанию железа и марганца.
При фильтровании имитата A (Fe — 10 мг/л, Мп - 1,0 мг/л) со скоростью - 12 м/ч все фильтрующие материалы обеспечивают требуемое качество фильтрата по железу. Материал МЖФ не обеспечивает требуемое качество фильтрата по марганцу (0,130 мг/л).
При фильтровании имитата В (Fe - 15 мг/л, Мп - 1,5 мг/л) со скоростью - 12 м/ч все фильтрующие материалы обеспечивают требуемое качество фильтрата по железу. Содержание марганца в фильтрате практически у всех материалов превышает ПДК. Исключение представляет фильтрат после смеси материалов Сорбент АС + Сорбент МС, который удовлетворяет требованиям (менее 0,1 мг/л).
При фильтровании имитата С (Fe - 20 мг/л, Мп - 1,8 мг/л) со скоростью - 12 м/ч через смесь материалов Сорбент АС + Сорбент МС эффективность удаления железа составила 98,83 % (0,235 мг/л); эффективность удаления марганца составила 94,44 % (0,100 мг/л). Остальные каталитические фильтрующие материалы при скорости - 12 м/ч не обеспечивают требуемое качество фильтрата по содержанию железа и марганца.
Построенные графики показывают, что при увеличении скорости фильтрования происходит снижение эффективности удаления железа и марганца. На рисунках 3.2 - 3.9 приведены графики зависимости остаточного содержания железа и марганца от скорости фильтрования для различных типов фильтрующих материалов при очистке имитата В.
Исходя из анализа экспериментальных данных, построены графики, из которых следует общий характер зависимости: при ухудшении качества исходной воды (увеличение содержания железа и марганца) происходит снижение эффективности удаления железа и марганца.
На рисунках 3.10 - 3.17 приведены графики зависимости остаточного содержания железа и марганца от качества исходной воды для различных типов фильтрующих материалов при средней скорости фильтрования - 8 м/ч.
Результаты экспериментов по определению фактической ёмкости каталитических материалов на лабораторной установке представлены в таблице 3.14. По данным таблицы построены графики, которые представлены на рисунках 3.38 - 3.39.
Исходя из полученных результатов видно, что наибольшей ёмкостью обладает смесь каталитических материалов - Сорбент АС + МС, которая составляет: 1,35 г/л по железу и 0,12 - 0,13 г/л по марганцу (при скорости фильтрования - 8 м/ч).
Наименьшая ёмкость у каталитического фильтрующего материала - МЖФ, которая составляет: 0,28 - 0,52 г/л по железу и 0,04 - 0,05 г/л по марганцу. Нижние значение ёмкости соответствует скорости фильтрования - 8 м/ч для имитата С, а верхнее значение - 5 м/ч для имитата А.
Разработка технологической схемы малогабаритной установки обезжелези-вания и деманганации
Исследования малогабаритной установки проводились в натурных условиях, непосредственно у источника водоснабжения - скважины на базе отдыха повышенной комфортности в Борском районе Нижегородской области.
При разработке технологии удаления больших концентраций железа и марганца за основу был принят комбинированный метод обезжелезивания и деманганации путем применения упрощенной аэрации, подщелачивания, окислителей и фильтрования через зернистую каталитическую загрузку.
Сущность данной комбинации методов заключается в удалении избытка углекислоты и сероводорода при аэрации воды, во время которой она обогащается кислородом воздуха. Вместе с тем подщелачивание повышает рН воды, создавая благоприятные условия для окисления железа и марганца. Окончательное разрушение комплексных соединений железа (II) и марганца (II), а также их окисление достигаются путем введения в обрабатываемую воду сильного окислителя (хлора, озона, перманганата калия и т. п.). Соединения закисного и окисного железа, а также марганец извлекаются из воды при фильтровании ее через зернистую каталитическую загрузку [7, 84 - 93].
В предложенной технологии предусматривается обработка воды раствором ги-похлорита натрия (альтернатива хлорированию). В процессе окисления железа ги-похлоритом натрия не происходит подкисления воды.
Малогабаритная установка включала: фильтр грубой очистки — бак-аэратор — низконапорный компрессор — комплекс дозирования едкого натра — насосы второго подъема - комплекс дозирования гипохлорита натрия — напорная контактная камера — напорный обезжелезивающий фильтр — фильтр тонкой очистки — бак чистой воды - насосы третьего подъема, а также запорно-регулирующая арматура и КИПиА. Бак-аэратор диаметром - 550 мм и высотой — 1920 мм. Он разделен на две части: зону аэрации (высота — 900 мм) и контактную зону (высота — 1000 мм). Аэрацией из воды удаляется гидрокарбонат железа, который является непрочным, легко гидролизующимся в воде соединением: Кроме насыщения обрабатываемой воды кислородом, аэрация способствует удалению из нее свободной угольной кислоты и сероводорода. В подземных водах гидрокарбонат железа со свободной угольной кислотой находится в динамическом равновесии: При низком содержании С02 в воде равновесие сильно смещено вправо и железо находится в диссоциированном состоянии. В этом случае ионы Fe(II) адсорбируются на поверхности катализатора и быстро окисляются кислородом воздуха. Упрощенная аэрация осуществляется в баке-аэраторе путем излива исходной воды через специальное разбрызгивающее устройство (щелевые насадки) с высоты 900 мм (не менее 500 мм [44]). Скорость выхода воды из щелей насадки - 1,5 - 2 м/с п. 14.23.1 [94]. nil Из уравнения реакции (4.3) видно, что на каждые 4 Fe необходимо 20. При молекулярном весе 4 Fe , равном 224, и молекулярном весе 02, равном 32, теоретический расход кислорода определиться как: 32/224 =0,143 Ю2. Растворимость воздуха (содержание 02 в воздухе 23%) при атмосферном давлении составляет 24,2 мг/л, концентрация же кислорода составит при этом 5,57мг/л. Таким образом этого количества кислорода достаточно для окисления 38 мг железа (5,57/0,143 = 38,95 мг Fe). Удельная нагрузка на аэратор принята 30 м /(м х ч) [94]. Тогда расход воды подаваемой на аэратор составит: 30 м /(м х ч) х 0,24 м" = 7,2 м /ч. В контактную зону бака-аэратора предусмотрена подача: 1 - подщелачивающего реагента (едкого натра) при помощи перистальтического дозирующего насоса. При введении в аэрированную воду едкого натра (NaOH) протекают следующие реакции: Доза едкого натра принята в соответствии с рекомендациями п. 14.23.2 [94] и находиться в пределах 3,0 - 4,0 мг-экв/л (по NaOH) или 120,0 — 160,0 мг/л. 2 - воздуха от низконапорного компрессора для интенсификации процесса перемешивания вводимого реагента (NaOH) с обрабатываемой водой. Интенсивность подачи воздуха принята в соответствии с рекомендациями п. 6.23 [44] и составляет 3 л/(с хм). Тогда производительность компрессора определится по выражению: 3 л/(с х м2) х 0,24 м2 = 0,72 л/с 45 л/мин. В соответствии с рекомендациями п. 6.54 [44] время нахождения воды в контактной зоне бака-аэратора принято 25 мин. Бак-аэратор оборудован краном для опорожнения и сброса накопившегося осадка. Бак-аэратор снабжен поплавковым регулятором уровня, управляющим работой погружных и перекачивающих (второго подъема) насосов, компрессора и дозирующего насоса. Под действием гипохлорита натрия происходит разрушение гуматов и других органических соединений железа и марганца, а также последующий переход их в форму неорганических солей трехвалентного железа и четырехвалентного марганца, которые легко гидролизуются с выпадением в осадок, который извлекается при фильтровании
