Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

§ 131. Обработка воды. Удаление железа из воды

Железо в природных водах может содержаться либо в ионной форме (в виде двухвалентного железа, а также в виде неорганических и органических коллоидов), либо в форме комплексных соединений двух- и трехвалентного железа или тонкодисперсной взвеси гидрата окиси железа.

В подземных водах железо чаще всего встречается в виде растворенного двухвалентного железа, а в поверхностных водах — в виде комплексных соединений либо в виде коллоидных или тонкодисперсных взвесей.

Выбору метода обезжелезивания воды должно предшествовать ее пробное обезжелезивание, так как количественное содержание железа, указываемое в анализах, не дает представления о форме, в которой железо присутствует в воде. Пробное обезжелезивание воды заключается в моделировании обезжелезивающей установки по тому или иному существующему методу устранения из воды железа, а именно: 1) аэрацией воды с последующим ее фильтрованием или отстаиванием и фильтрованием; ?) коагулированием; 3) известкованием; 4) хлорированием и коагулированием. По результатам пробного обезже-лезивания воды выбирают такой метод, при котором достигается требуемый эффект обезжелезивания воды при наименьших строительных и эксплуатационных затратах.

Для обезжелезивания подземных вод чаще всего применяют аэрацию воды без добавления реагентов. Согласно данным НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды, обезжелезивание фильтрованием с так называемой «упрощенной аэрацией» может применяться для подземных вод при общем содержании железа до 10 мг/л (в том числе двухвалентного железа не менее 50%), рН не менее 6,7, щелочности не менее 1 мг-экв/л, содержании сероводорода до 1 мг/л и перманганат-ной окисляемости не более 6—7 мг/л.

Станция обезжелезивания воды, работающая по методу «упрощенной аэрации», состоит из фильтров, загруженных песком, антрацитом, керамической крошкой и т. п. Крупность фильтрующей загрузки принимается в пределах 0,8—1,8 мм (при высоте слоя загрузки 1 м и скорости фильтрования 5—7 м/ч) или 1—2 мм (при высоте слоя загрузки 1,2 м и скорости фильтрования 8—10 м/ч).

Для окисления двухвалентного железа в трехвалентное, задерживаемое фильтром в виде гидрата окиси, требуется обогащение воды кислородом в количестве 0,6—0,9 мг на 1 мг двухвалентного железа. Аэрация при данном методе осуществляется простейшими приемами — при открытых фильтрах изливом воды из подающей трубы в карман или центральный канал фильтра с высоты 0,5—0,6 м при скорости истечения из трубы 1,5—2 м/с. При применении напорных фильтров воздух можно подавать компрессором в трубу, по которой вода подается в фильтры.

Возможность применения метода обезжелезивания воды «упрощенной аэрацией» и фильтрованием в каждом конкретном случае перед разработкой проекта станции обезжелезивания проверяется пробным обезжелезиванием, выполняемым у используемой скважины.

Если пробным обезжелезиванием определено, что метод «упрощенной аэрации» и фильтрования не дает необходимых результатов, то можно применить более интенсивную аэрацию, сущность которой заключается в насыщении воды кислородом воздуха. За счет этого кислорода происходит окисление двухвалентного железа, содержащегося в воде, в трехвалентное. При определенных значениях рН воды трехвалентное железо гидролизуется и образовавшаяся гидроокись железа коагулирует.

Скорость процессов окисления, гидролиза и коагуляции гидроокиси железа возрастает с увеличением рН воды. Указанные процессы быстро завершаются при рН = 7,5. Значение рН воды подземных источников часто ниже этой величины. Для поднятия значения рН воды до 7,5 из нее должно быть удалено некоторое количество свободной углекислоты

Величину Снач принимают по данным анализа воды или определяют по номограмме на V.80, аналогично определению Сопт. Очевидно, что максимальная концентрация свободной углекислоты в воде в начале аэрации будет Смакс=1,57 Сре   +Снач.

Аэрация воды с целью удаления углекислоты может осуществляться либо на вентиляторных градирнях (дегазаторах), либо на так называемых контактных градирнях, работающих при естественной вентиляции. Так как на вентиляторных дегазаторах допускается плотность орошения насадки в 4—5 раз большая, чем на контактных градирнях, последние следует применять лишь для установок небольшой производительности (примерно до 75 м3/ч).

На V.81. показана схема обезжелезивающей установки с вентиляторным дегазатором. Вода из скважин поступает на дегазатор / и далее сливается в контактный резервуар 2. Контактный резервуар служит для завершения процесса окисления двухвалентного железа в трехвалентное, гидролиза последнего и для образования хлопьевидного осадка гидрата окиси железа. Емкость контактного резервуара рассчитывают на пребывание воды в нем в течение 30—40 мин. Для более полного использования объема резервуара целесообразно устанавливать в нем направляющие перегородки.

Из контактного резервуара вода насосами 3 или, если позволяет рельеф местности, самотеком поступает на осветлительные фильтры 4 (открытые или напорные). Назначение фильтров — задерживать хлопья гидрата окиси железа, которые поступают с водой из контактного резервуара. После фильтров вода сливается в резервуар чистой воды 5 и далее подается потребителям.

Поскольку артезианская вода при проходе через очистные сооружения может лишиться своей бактериальной чистоты, по решению органов Государственного санитарного надзора может потребоваться ее обеззараживание. Его осуществляют хлорированием или бактерицидным облучением воды.

Контактная градирня (V.82) состоит из короба с жалюзи по бокам для обеспечения естественной вентиляции. В коробе помещаются несколько расположенных друг над другом ящиков с дырчатым днищем, загруженных слоями насадки (куски кокса, шлак, гравий, пемза и др.). Под коробом расположен контактный резервуар.

При проектировании вентиляторных дегазаторов и контактных градирен принимают нагрузку на 1 м2 площади соответственно 60 и 15 м3/ч.

При загрузке контактных градирен принимают три — пять слоев насадки толщиной по 30—40 см с расстоянием между слоями не менее 60 см.

Для загрузки фильтров следует применять песок крупностью 0,5— 1,2 мм, высотой слоя 1200 мм.

В последние годы для обезжелезивания подземных вод начали применять катализаторы. В качестве катализаторов применяют либо природный минерал пиролюзит, либо обычный кварцевый песок, обработанный окислами марганца («черный песок»). Сущность этого способа  заключается в том, что в присутствии окислов марганца процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное значительно ускоряется и может быстро осуществляться даже при пониженных рН воды.

Установка по обезжелезиванию воды в этом случае состоит из двух последовательных групп фильтров. Первую группу фильтров загружают либо пиролюзитом, либо омарганцованным песком. Крупность зерен загрузки принимают 0,7—1,5 мм, высоту слоя загрузки — 900 мм, скорость фильтрования—15 м/ч. Для восстановления окислительных свойств «черного песка» следует предусматривать периодическое добавление в обезжелезиваемую воду перманганата калия из расчета 2—3 мг/л. Фильтры второй группы — песчаные, такие же, как и при обезжелезивании воды аэрацией.

При необходимости удаления железа из воды поверхностных источников чаще всего прибегают к коагулированию, которое иногда приходится комбинировать с предварительным хлорированием воды для разрушения органических соединений железа или защитных коллоидов, препятствующих коагуляции коллоидных соединений железа.

Обычно обезжелезивание поверхностных вод проводят одновременно с их осветлением на тех же сооружениях.

Если необходимо одновременное обезжелезивание и частичное умягчение воды, то прибегают к ее известкованию. Известкование является надежным универсальным методом обезжелезивания воды и приводит в то же время к снижению ее карбонатной жесткости.