Акватерм Водоподготовка Беликов
.pdf
Часть первая
Таблица 4.8
Химическая очистка мембран
Загрязнение |
Химический очиститель |
Эффективность очистки |
|
|
|
Неорганические соли – |
0,2%-ный раствор соляной кислоты, |
Очень хорошо |
карбонат и сульфат кальция |
0,5%-ный раствор фосфорной кислоты, |
Удовлетворительно |
(соли жесткости) |
2,0%-ный раствор лимонной кислоты |
Удовлетворительно |
|
|
|
Гидроксиды металлов |
0,5%-ный раствор фосфорной кислоты, |
Хорошо |
(железо) |
1,0%-ный раствор гидросульфита натрия |
Хорошо |
|
|
|
Неорганические коллоиды |
0,1%-ный раствор гидроксида натрия; 30°С |
Хорошо |
(ил) |
0,025%-ный раствор додецилсульфата натрия, |
Хорошо |
|
0,1%-ный раствор гидроксида натрия; 30°С |
|
|
|
|
Биологические загрязнения |
0,1%-ный раствор гидроксида натрия; 30°С |
Очень хорошо |
|
1,0%-ный раствор натриевой соли этилендиамин |
Очень хорошо, когда содержатся |
|
тетрауксусной кислоты (Na4ЭДТА), |
также неорганические частички |
|
0,1% раствор гидроксида натрия; 30°С |
|
Органические загрязнения |
0,025%-ный раствор додецилсульфата натрия |
Хорошо |
|
0,1%-ный раствор гидроксида натрия; 30°С |
|
|
0,1%-ный раствор трифосфата натрия, |
Хорошо |
|
1%-ный раствор Na4ЭДTA |
|
Кремниевая кислота |
0,1%-ный раствор гидроксида натрия; 30°С |
Удовлетворительно |
|
1,0%-ный раствор Na4ЭДTA и |
Удовлетворительно |
|
0,1%-ный раствор гидроксида натрия; 30°С |
|
|
|
|
|
4.10.10. Оценка осветления воды |
Поэтому для оценки необходимости и степени |
|
110 |
|||
В настоящее время, несмотря на многолетний |
осветления воды перед подачей ее на обратноос- |
||
опыт эксплуатации значительного количества об- |
мотическую обработку используют ряд специаль- |
||
|
ратноосмотических обессоливающих установок, |
ных показателей. |
|
|
вопрос о нормировании отдельных компонентов, |
Самый простой показатель качества воды, |
|
|
содержащихся в обрабатываемой воде, оконча- |
так называемое время загрязнения мембран |
|
|
тельно не решен. По некоторым видам загрязне- |
(Membrane Fouling Time), определяется как продол- |
|
|
ний имеются лишь отдельные экспериментальные |
жительность фильтрования 1 л исследуемой воды |
|
|
данные, обобщенные в рекомендациях фирм – из- |
под давлением 70 кПа через мембранный фильтр |
|
|
готовителей оборудования; по другим компонен- |
фирмы «Миллипор» с размером пор 0,45 мкм. По- |
|
|
там разработаны методики оценки их допустимого |
лученная продолжительность фильтрования при- |
|
|
содержания. |
водится к стандартной температуре 25°С с учетом |
|
|
Влияние многих ингредиентов еще не изуче- |
вязкости воды при температуре определения. |
|
|
но в той мере, чтобы можно было выработать |
Фирма «Курита» (Япония) оценивает качес- |
|
|
требования к их предельным концентрациям в |
тво воды по интенсивности цвета осадка, обра- |
|
|
воде, поступающей в обратноосмотические ап- |
зовавшегося на мембранном фильтре «Милли- |
|
|
параты. Практика применения обратноосмоти- |
пор» с размером пор 0,45 мкм при фильтровании |
|
|
ческого обессоливания различных минерализо- |
под давлением 210 кПа 1 л исследуемой воды. |
|
|
ванных вод показала, что широко используемые |
Полученная интенсивность цвета осадка срав- |
|
|
в водоподготовке показатели качества воды |
нивается с предлагаемой фирмой стандартной |
|
|
(мутность, прозрачность, содержание взвешен- |
шкалой. Этот метод имеет, очевидно, сущест- |
|
|
ных веществ) не позволяют судить об эффек- |
венный недостаток – не учитываются измене- |
|
|
тивности и производительности мембран при |
ния цвета при изменении химического соста- |
|
|
обработке этих вод. |
ва загрязнения. Однако он может оказаться |
|
|
Соленые воды с формально одинаковым зна- |
очень полезным при эксплуатации конкретной |
|
|
чением названных показателей могут в разной |
станции обессоливания, когда установлено со- |
|
|
степени влиять на уменьшение производитель- |
держание взвешенных и коллоидных веществ, |
|
|
ности и селективности обратноосмотических ап- |
которым следует ограничиться при подготовке |
|
|
паратов. |
воды перед обратноосмотической ее обработ- |
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
|
|
Часть первая |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
кой и по указанной методике определена ин- |
4.10.12. Сравнение методов |
|
|
|
|
тенсивность окрашивания осадка, соответс- |
обессоливания (ионный обмен |
|
|
|
|
твующая данной концентрации загрязняющих |
и обратный осмос) |
|
|
|
|
компонентов. |
Обратный осмос |
|
|
|
|
Фирма «Пермутит» (США) оценивает качество |
Преимущества: |
|
|
|
|
осветления воды перед обратным осмосом кри- |
очень высокое качество получаемой воды, ко- |
|
|||
терием, называемым «фактором закупоривания» |
торое обусловлено весьма «мягкими» с физи- |
|
|||
(Plugging Factor, PF) – см. П.4.5. |
ко-химической точки зрения условиями прове- |
|
|||
Для аппаратов с полыми волокнами фирма ре- |
дения процесса; |
|
|
|
|
комендует PF = 50–60%; трубчатые конструкции |
неограниченная производительность |
(путем |
|
||
допускается эксплуатировать при PF = 45–50%. |
набора стандартных модулей и блоков) и – од- |
|
|||
Фирма «Дюпон» предложила использовать «ин- |
новременно – небольшие габариты; отноше- |
|
|||
декс плотности осадка» (Silt Density Index – SDI) – см. |
ние: производительность/габариты – |
лучшее |
|
||
П.4.5. |
по сравнению с другими методами обессоли- |
|
|||
Вода признается пригодной для обессоливания |
вания – дистилляцией, ионообменом, электро- |
|
|||
обратным осмосом при SDI = 4–5. |
диализом; |
|
|
|
|
Этот же показатель качества воды называется |
относительно низкие эксплуатационные расходы; |
|
|||
«индексом загрязненности» (Fouling Index). Ста- |
малый расход ингибиторов отложений и реаген- |
|
|||
бильная работа обратноосмотических аппаратов |
тов для отмывки отложений на мембранах; |
|
|||
обеспечивается при значении FI = 3. |
низкая энергоемкость (процесс осуществляет- |
|
|||
|
ся без фазовых переходов, и, следовательно, |
|
|||
4.10.11. Условия применения обратного |
энергия требуется лишь для создания градиен- |
|
|||
та давления и рециркуляции раствора); |
|
|
|
||
осмоса |
возможность почти во всех случаях сброса кон- |
|
|||
Ниже приведены ориентировочные показате- |
центрата в канализацию (в окружающую среду) |
|
|||
ли, которым должна соответствовать исходная |
без обработки. |
|
|
|
|
вода, подаваемая на обратноосмотические мем- |
|
|
|
|
|
браны (наличие некоторого диапазона обуслов- |
Недостатки баромембранных методов: |
111 |
|||
ливается требованиями разных производителей |
необходима тщательная предподготовка воды |
||||
мембран): |
для обеспечения большой производительности |
||||
мутность – до (1–5) ЕМФ; |
мембран и длительного срока их службы; |
|
|||
окисляемость перманганатная – до 3 мгО/л; |
большой объем сбрасываемого концентрата (с |
|
|||
водородный показатель (рН) – (3–10), |
учетом компоновочных решений расход перме- |
|
|||
(иногда 2–11); |
ата может составить 75–80% исходной воды, |
|
|||
нефтепродукты – (0,0–0,5) мг/л; |
концентрат – 20–25%) и, следовательно, значи- |
|
|||
сильные окислители (хлор свободный, озон, |
тельный расход исходной воды; |
|
|
|
|
марганцевокислый калий) – до 0,1 г/л; |
большие капитальные затраты; |
|
|
|
|
марганец общий (Mn) – до 0,05 мг/л; |
желательный непрерывный режим работы уста- |
|
|||
железо общее (Fe) – до (0,1–0,3) мг/л (некото- |
новок. |
|
|
|
|
рые фирмы требуют не более 0,05 мг/л); |
|
|
|
|
|
кремниесоединения (Si) – до (0,5–1,0) мг/л; |
Ионообменный метод |
|
|
|
|
сероводород – 0,0 мг/л; |
Преимущества: |
|
|
|
|
индекс SDI – до (3–5) ед. |
возможность получения воды очень высокого |
|
|||
минерализация общая – до (3,0–20) г/л (иногда |
качества (многоступенчатые установки), в том |
|
|||
до 50 г/л); при значениях минерализации менее |
числе для котлов любого давления и промывки |
|
|||
2–3 г/л экономические показатели аппаратов |
печатных плат электронного оборудования; |
|
|||
ухудшаются; |
способность работать при резко меняющихся |
|
|||
температура воды – 5–35 (иногда до 45) °С; |
параметрах питающей воды; |
|
|
|
|
давление – (0,3–6,0) МПа (в зависимости от ми- |
небольшие капитальные и энергозатраты; |
|
|||
нерализации); |
небольшой объем воды на собственные нужды, |
|
|||
температура воздуха в помещении – 5–35°С; |
особенно у противоточных фильтров; |
|
|
|
|
влажность воздуха в помещении – ≤ 70%; |
Недостатки: |
|
|
|
|
не допускается высыхание мембран и их дли- |
относительно большой расход реагентов, осо- |
|
|||
тельный простой (более трех суток без специ- |
бенно у параллельноточных натрий-катионит- |
|
|||
альной консервации). |
ных фильтров; |
|
|
|
|
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
Часть первая
эксплуатационные расходы увеличиваются пропорционально солесодержанию исходной воды и при необходимости уменьшать предел обессоливания обработанной воды; в зависимости от качества исходной воды тре-
буется предподготовка – иногда весьма сложная; необходима обработка сточных вод и сложности с их сбросом.
4.11. Обезжелезивание воды
Вода с высоким содержанием железа обладает неприятным вкусом, а использование такой воды в производственных процессах (текстильная промышленность, производство бумаги и т.д.) недопустимо, так как приводит к появлению ржавых пятен и разводов на готовой продукции. Ионы железа и марганца загрязняют ионообменные смолы, поэтому при проведении большинства ионообменных процессов предшествующей стадией обработки воды является их удаление.
В теплоэнергетическом оборудовании (котлы паровые и водогрейные, теплообменники) железо – источник образования железонакипных отложений на поверхностях нагрева.
112 В воде, поступающей на обработку в баромембранные, электродиализные, магнитные аппараты – всегда лимитируется содержание железа.
Очистка воды от соединений железа – в ряде случаев довольно сложная задача, которая может быть решена только комплексно. Это обстоятельство в первую очередь связано с многообразием форм существования железа в природных водах. Чтобы определить наиболее действенный и экономичный для конкретной воды метод обезжелезивания, нужно произвести пробное удаление железа.
В соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84* метод обезжелезивания воды, расчетные параметры и дозы реагентов следует принимать на основе результатов технологических изысканий, выполненных непосредственно у источника водоснабжения.
4.11.1. Химизм процессов в воде
сучастием железа
Вводе поверхностных источников железо находится обычно в форме органо-минеральных коллоидных комплексов, в частности, в виде гуминовокислого железа, и тонкодисперсной взвеси гидроксида железа. В речной воде, загрязненной кислотными стоками, встречается сульфат двухвалентного железа FeSO4. Из-за наличия в реч-
ной воде растворенного кислорода двухвалентное железо Fe2+ окисляется в трехвалентное Fe3+. При появлении в воде сероводорода H2S образуется тонкодисперсная взвесь сульфида железа FeS.
Подземные источники воды в подавляющем большинстве характеризуются наличием растворенного бикарбоната двухвалентного железа Fe(HCO3)2, который вполне устойчив при отсутствии окислителей и рН>7,5. При большой карбонатной жесткости, рН>10 и содержании Fe2+>10 мг/л бикарбонат может гидролизоваться с образованием углекислоты:
Fe(HCO3)2 + 2 · H2O = Fe(OH)2 + 2 · H2CO3. (4.69)
Концентрация железа в подземных грунтовых водах находится в пределах от 0,5 до 50 мг/л. В центральном российском регионе, включая Подмосковье, эта величина изменяется в диапазоне 0,3–10 мг/л, наиболее часто – 3–5 мг/л, в зависимости от географического местоположения и глубины источника. Начиная с концентрации 1,0–1,5 мг/л вода имеет неприятный металлический привкус. При значениях более 0,3 мг/л железо оставляет пятна на белье и санитарно-технических изделиях. При концентрации железа менее 0,3 мг/л запах обычно не ощущается, хотя могут появляться мутность и цветность воды.
Анаэробная (не имеющая контакта с воздухом) прозрачная грунтовая вода может содержать соединения двухвалентного железа (Fe2+) до нескольких миллиграммов на литр без ее помутнения при прямой подаче из источника. Однако при контакте с воздухом, а точнее, с кислородом воздуха, двухвалентное железо окисляется до трехвалентного коллоидного состояния, придавая воде характерный красно-коричневый оттенок:
4 · Fe(HCO3)2 + O2 + 2 · H2O = |
|
= 4 · Fe(OH)3↓ + 8 · CO2↑. |
(4.70) |
Удаление CO2 при аэрировании необходимо, так как при рН < 7,0 процесс окисления Fe2+ в Fe3+ замедляется.
Количество углекислого газа (СО2) в воде, поступающей на обезжелезивание, мг/л:
Свх = 1,57 СFe + Cн, |
(4.71) |
где СFe – содержание железа в исходной воде, мг/л; Сн – начальная концентрация в воде свободного СО2, мг/л.
Приблизительно:
С |
н |
= 0,268 · Ж 3, |
(4.72) |
|
к |
|
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
|
|
Часть первая |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
где Жк – карбонатная жесткость воды, ммоль/л. |
алюминия, или железным купоросом с добавлени- |
|
||
Гидроксид трехвалентного железа Fe(OH)3 коа- |
ем хлора или гипохлорита натрия. |
|
||
гулирует и переходит в оксид железа Fe2O3 · 3 H2O, |
В качестве наполнителей для фильтров в ос- |
|
||
выпадающий в осадок в виде бурых хлопьев. |
новном используют песок, антрацит, сульфоуголь, |
|
||
Пользователь зачастую наблюдает следующую |
керамзит, пиролюзит, а также фильтрующие мате- |
|
||
картину: в первый момент вода, полученная из |
риалы, обработанные катализатором, ускоряющим |
|
||
скважины, кажется абсолютно чистой и прозрач- |
процесс окисления двухвалентного железа в трех- |
|
||
ной, но с течением времени (от нескольких минут |
валентное. В последнее время всё большее распро- |
|
||
до нескольких часов) она мутнеет (реакция (4.70)), |
странение получают наполнители с каталитически- |
|
||
приобретая специфический оттенок. При отстаи- |
ми свойствами: Manganese Green Sand (MGS), Birm, |
|
||
вании воды муть оседает, образуя бурый рыхлый |
МТМ, МЖФ и др. (Подробнее – см. 4.2, п. 2). |
|
||
осадок (гидроксид трехвалентного железа). |
При наличии в воде коллоидного двухвалент- |
|
||
Железо способствует также развитию «железо- |
ного железа требуется проведение пробного обез- |
|
||
бактерий», которые получают энергию при окисле- |
железивания. Если отсутствует возможность осу- |
|
||
нии Fe2+ до Fe3+, в результате чего в трубопроводах |
ществить его на первой стадии проектирования, |
|
||
и на оборудовании образуется скопление слизи. |
выбирают один из вышеперечисленных методов |
|
||
В процессе окисления на 1 мг Fe2+ затрачивает- |
на основании проведенного пробного обезжелези- |
|
||
ся 0,143 мг кислорода (О2), увеличивается содер- |
вания в лаборатории или опыта работы аналогич- |
|
||
жание свободной углекислоты (СО2) на 1,6 мг/л, а |
ных установок. |
|
||
щелочность снижается на 0,036 ммоль/л. |
|
|
|
|
Присутствие в воде солей меди, а также контакт |
Упрощенная аэрация (см. СНиП 2.04.02-84*) |
|
||
воды с ранее выпавшим осадком Fe(OH)3 катали- |
В процессе аэрации кислород воздуха окисляет |
|
||
тически ускоряют процесс окисления Fe2+ до Fe3+. |
двухвалентное железо, при этом из воды удаляет- |
|
||
В зависимости от условий (значение рН, тем- |
ся углекислота, что ускоряет процесс окисления и |
|
||
пература, наличие в воде окислителей или вос- |
последующий гидролиз с образованием гидрокси- |
|
||
становителей, их концентрация) окисление может |
да железа. |
|
||
предшествовать гидролизу, идти параллельно с |
Метод основан на способности воды, содер- |
|
||
ним или окислению может подвергаться продукт |
жащей двухвалентное железо и растворенный |
113 |
||
гидролиза двухвалентного железа Fe(OH)2. |
кислород, при фильтровании через зернистый |
|||
Выбор оптимального метода обезжелезивания |
слой выделять железо на поверхности зерен за- |
|||
воды зависит от знания форм железа, присутству- |
грузки, образуя каталитическую пленку из ио- |
|
||
ющих в природных водах, которые нужно обезже- |
нов и гидроксидов двух- и трехвалентного желе- |
|
||
лезивать. |
за. Пленка активно интенсифицирует процесс |
|
||
4.11.2. Методы обезжелезивания воды |
окисления и выделения соединений железа из |
|
||
воды. |
|
|||
Для обезжелезивания поверхностных вод ис- |
При поступлении в фильтр первых порций очи- |
|
||
пользуются только реагентные методы с последу- |
щаемой воды в начале процесса обезжелезивания |
|
||
ющей фильтрацией. Обезжелезивание подземных |
на поверхности наполнителя формируется моно- |
|
||
вод осуществляют фильтрованием в сочетании с |
молекулярный слой соединений железа (физичес- |
|
||
одним из способов предварительной обработки |
кая адсорбция). Поверхностный слой химически |
|
||
воды: |
более активен, чем чистый наполнитель, что уско- |
|
||
упрощенная аэрация; |
ряет процесс осаждения железа. Значение истин- |
|
||
аэрация на специальных устройствах; |
ной поверхности пленки соединений железа более |
|
||
коагуляция и осветление; |
200 м2/г, что определяет ее свойства как сильного |
|
||
введение таких реагентов-окислителей, как |
адсорбента губчатой структуры. Эта пленка одно- |
|
||
хлор, гипохлорит натрия или кальция, озон, пер- |
временно служит катализатором окисления двух- |
|
||
манганат калия. |
валентного железа. Нужно отметить: ряд примесей |
|
||
При мотивированном обосновании применяют |
в очищаемой воде, таких как сероводород, свобод- |
|
||
катионирование, диализ, флотацию, электрокоагу- |
ная углекислота, коллоидная кремниевая кислота, |
|
||
ляцию и другие методы. |
аммиак, заметно ухудшают каталитические свойс- |
|
||
Для удаления из воды железа, содержащегося |
тва пленки. |
|
||
в виде коллоида гидроксида железа Fe(OH)3 или |
Описанный метод допустим при следующих ко- |
|
||
в виде коллоидальных органических соединений, |
личественных показателях воды: |
|
||
например гуматов железа, используют коагули- |
общее содержание железа до 10 мг/л (в том чис- |
|
||
рование сульфатом алюминия или оксихлоридом |
ле, двухвалентного железа – не менее 70%); |
|
||
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
Часть первая
|
значение рН – не менее 6,8; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.10 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
щелочность общая – более (1 + Fe2+ / 28) ммоль/л; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
содержание сероводорода – не более 2 мг/л; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
перманганатная окисляемость – не более |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Характеристика фильтрующего слоя при |
|
|
Рас- |
|||||||
|
(0,15 · Fe2+ + 3) мгО/л. |
|
обезжелезивании воды упрощенной аэрацией |
четная |
|||||||
|
содержание аммонийных солей (по NH4-) не бо- |
|
|
|
|
|
|
|
скорость |
||
|
Мини- |
Макси- |
Эквива- |
Коэф- |
|
Высота |
|||||
|
лее 1 мг/л; |
|
|
филь- |
|||||||
|
|
маль- |
маль- |
лентный |
фициент |
слоя, |
|||||
|
содержание сульфидов (по H2S) – не более 0,2 мг/л. |
ный |
ный |
диаметр |
неод- |
|
|
мм |
трова- |
||
|
|
|
ния, м/ч |
||||||||
|
Если одно из этих условий не выдерживается, |
диаметр |
диаметр |
зерен, |
нород- |
|
|
|
|||
|
нужна предварительная аэрация воды в аэраторах |
зерен, |
зерен, |
мм |
ности |
|
|
|
|
||
|
мм |
мм |
|
|
|
|
|
|
|||
|
с добавлением в нее необходимых реагентов (хлор, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0,8 |
1,8 |
0,9–1,0 |
1,5–2 |
|
|
1000 |
5–7 |
|||
|
гипохлорит натрия, перманганат калия и др.). |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
При содержании железа в воде в виде сульфа- |
1 |
2 |
1,2–1,3 |
1,5–2 |
|
|
1200 |
7–10 |
||
|
та FeSO4 аэрация воды не позволяет провести ее |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
обезжелезивание: при гидролизе растворенной |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
соли железа образуется кислота, понижающая рН |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
воды менее 6,8, при этом процесс гидролиза поч- |
где Q – полезная производительность филь- |
|||||||||
|
ти прекращается. Для удаления из воды кислоты |
тровальной станции, м3/сут; T |
ст |
– |
продолжитель- |
||||||
|
требуется ее известкование с осаждением плохо |
ность работы станции в течение суток, ч; vн – рас- |
|||||||||
|
растворимого гипса CaSO4: |
|
четная скорость фильтрования при нормальном |
||||||||
|
|
|
режиме (м/ч), принимаемая по табл. 4.10; nпр – чис- |
||||||||
|
FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaSO4. |
(4.73) |
ло промывок одного фильтра в сутки при нормаль- |
||||||||
|
|
|
ном режиме эксплуатации; qпр |
– удельный расход |
|||||||
|
После известкования требуются отстаивание и |
воды на одну промывку одного фильтра, м3/м2 (оп- |
|||||||||
|
фильтрование воды. |
|
ределяется по паспортным данным фильтра и экс- |
||||||||
|
Упрощенную аэрацию можно реализовать пу- |
плуатационным |
характеристикам наполнителя); |
||||||||
|
тем излива воды в карман или в центральный ка- |
tпр – время простоя фильтра в связи с промывкой, ч |
|||||||||
114 |
|||||||||||
нал открытых фильтров с высоты 0,5–0,6 м над |
(паспортные данные фильтра и рабочие |
характе- |
|||||||||
уровнем воды. |
|
ристики наполнителя). |
|
|
|
|
|
||||
|
При использовании напорных фильтров воздух |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
вводят непосредственно в подающий трубопро- |
Аэрация в специальных устройствах |
|
||||||||
|
вод на расстоянии, равном не менее 10 диаметров |
Когда необходимо удалить из воды железо при |
|||||||||
|
трубопровода, с нормой расхода 2 л на 1 г железа |
концентрации его в воде более 10 мг/л и увеличить |
|||||||||
|
(Fe2+). Если в исходной воде более 40 мг/л свобод- |
значение рН более 6,8, осуществляется аэрация в |
|||||||||
|
ной углекислоты и более 0,5 мг/л сероводорода, то |
специальных устройствах. |
|
|
|
|
|||||
|
воздух в трубопровод не вводят. В этом случае пе- |
Для этого используют вентиляторные градирни |
|||||||||
|
ред напорным фильтром необходимо установить |
(дегазаторы) или контактные градирни с естест- |
|||||||||
|
промежуточную емкость со свободным изливом |
венной вентиляцией. Исходная вода подается в |
|||||||||
|
воды и повысительный насос. |
|
верхнюю часть вентиляторной градирни, запол- |
||||||||
|
СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные |
ненной керамической насадкой (кольца Рашига). |
|||||||||
|
сети и сооружения» определяют расчетную ско- |
Навстречу потоку воды с помощью вентилятора |
|||||||||
|
рость фильтрования при обезжелезивании воды |
направляют воздух. В процессе аэрации выделяет- |
|||||||||
|
упрощенной аэрацией с помощью табл. 4.10. |
ся углекислота (диоксид углерода), вода обогаща- |
|||||||||
|
Используя характеристики конкретного наполни- |
ется кислородом и происходит окисление железа. |
|||||||||
|
теля фильтра и руководствуясь параметрами табл. |
Затем вода подается в фильтр, где в объеме на- |
|||||||||
|
4.10, можно выполнить расчет фильтровальной |
полнителя завершается образование хлопьев гид- |
|||||||||
|
станции. СНиП 2.04.02-84* требуют, чтобы продол- |
роксида трехвалентного железа и их задержание. |
|||||||||
|
жительность работы фильтров между промывками |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
при нормальном режиме составляла не менее 8–12 |
Метод «сухого» фильтрования |
|
||||||||
|
ч, а при форсированном режиме или полной авто- |
Метод заключается в фильтровании воздушно- |
|||||||||
|
матизации промывки фильтра – не менее 6. |
|
водной эмульсии через «сухую» (незатопленную) |
||||||||
|
Общую поверхность фильтрования можно оп- |
зернистую загрузку путем создания в фильтре ва- |
|||||||||
|
ределить по формуле: |
|
куума или нагнетания большого количества воз- |
||||||||
|
|
|
духа с последующим отсосом из поддонного про- |
||||||||
|
F = Q / (Tстvн – nпрqпр – nпрtпрvн), |
(4.74) |
странства. При этом на поверхности фильтрующей |
||||||||
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
Часть первая
загрузки образуется адсорбционно-каталитичес- |
солей железа различного состава. Эти процессы |
|
||||||
кая пленка из соединений железа (и марганца, |
можно условно описать следующим уравнением: |
|
||||||
если он присутствует в воде), повышая эффек- |
|
|
|
|
|
|||
тивность процессов обезжелезивания и деманга- |
4 Fe(HCO3)2 + 2 Cl2 + 4 H2O = |
|
|
|||||
нации. В качестве загрузки обычно используются |
= 4 Fe(OH)3↓ + 8 CO2↑ + 4 HCl. |
(4.75) |
|
|||||
песок, керамзит, антрацит, винипласт и др. |
|
|
|
|
|
|||
Особенность процесса – образование дегидра- |
Как видно из уравнения, вода подкисляется. По |
|
||||||
тированной пленки на зернах загрузки, состоящей |
стехиометрии (в соответствии с уравнением ре- |
|
||||||
из магнетита, сидерита, гетита и гематита. Указан- |
акции) на окисление 1 мг двухвалентного железа |
|
||||||
ные соединения имеют плотную структуру, а объ- |
расходуется 0,64 мг хлора, при этом щелочность |
|
||||||
ем их в 4–5 раз меньше, чем у гидроксида железа. |
уменьшается на 0,018 ммоль/л. |
|
|
|||||
Поэтому невысок темп прироста потерь напора в |
Хлор также окисляет двухвалентный марганец, |
|
||||||
загрузке при такой схеме процесса. |
|
разрушая органические вещества и сероводород. |
|
|||||
|
|
|
|
Доза хлора в зависимости от содержания же- |
|
|||
Коагулирование, осветление, флокулирова- |
леза может составлять 5–20 г на 1 м3 воды при |
|
||||||
ние |
|
|
|
контакте, по крайней мере, в течение 30 мин (не |
|
|||
Из поверхностных вод, как правило, необходимо |
только для окисления железа, но и для надежного |
|
||||||
удалить взвеси и коллоидно-дисперсные вещества, |
обеззараживания). |
|
|
|||||
включающие |
соединения |
железа. Освобождение |
СНиП 2.04.02-84* определяют расчетную дозу |
|
||||
воды от взвеси и коллоидных веществ возможно |
хлора (в пересчете на 100%, мг/л) для целей обез- |
|
||||||
осуществить только путем ввода специальных ре- |
железивания следующим выражением: |
|
|
|||||
агентов-коагулянтов. Коагулянт образует в воде |
|
|
|
|
|
|||
хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности |
Д |
х |
= 0,7 · [Fe2+], |
(4.76) |
|
|||
коллоиды и выделяются в виде осадка. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
В качестве коагулянтов применяют: |
|
где [Fe2+] – концентрация двухвалентного же- |
|
|||||
сульфат алюминия (глинозем) Al2(SO4)3 · 18 H2O |
леза, мг/л. |
|
|
|
|
|||
при рН исходной воды 6,5–7,5; |
|
Обработку воды хлором осуществляют с помо- |
|
|||||
сульфат |
железа |
(железный |
купорос) |
щью хлораторов, в которых газообразный (испа- |
115 |
|||
FeSO4 · 7 H2O при рН воды 4–10; |
|
ренный) хлор абсорбируют водой. Хлорную воду из |
||||||
хлорное железо FeCl3 · 6 H2O для воды с рН = 4–10; |
хлоратора подают к месту потребления. Хотя этот |
|||||||
полигидроксихлорид алюминия Al2(OН5)Cl. |
метод обработки воды и является наиболее рас- |
|
||||||
|
||||||||
Для интенсификации процесса коагуляции в |
пространенным, тем не менее он обладает целым |
|
||||||
воду дополнительно вводят флокулянты (наиболее |
рядом недостатков, в первую очередь |
связанных |
|
|||||
распространен полиакриламид. Флокулянты спо- |
со сложной транспортировкой и хранением боль- |
|
||||||
собствуют укрупнению осадка и ускоряют процесс |
ших объемов жидкого высокотоксичного хлора. |
|
||||||
слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных |
В качестве альтернативного варианта в послед- |
|
||||||
частиц. |
|
|
|
ние годы все шире используют обработку воды |
|
|||
|
|
|
|
раствором гипохлорита натрия (NaClO), причем |
|
|||
Введение реагентов-окислителей. |
|
этот метод находит применение как на больших |
|
|||||
Обработка воды хлором и его производными |
станциях водоподготовки, так и на небольших объ- |
|
||||||
Реагенты-окислители, в первую очередь хлор, |
ектах, в том числе и в частных домах (см. П.5.9). |
|
||||||
с целью обеззараживания, а также удаления |
Водные растворы гипохлорита натрия получают |
|
||||||
железа, используются в России с начала ХХ в. |
химическим: |
|
|
|
|
|||
Л.А. Кульский сообщает: хлорирование почти во |
|
|
|
|
|
|||
всех случаях освобождает воду от содержащегося |
Cl2 + 2 NaOH = NaClO + NaCl + H2O, |
(4.77) |
|
|||||
в ней железа. После обработки разных вод этим ме- |
|
|
|
|
|
|||
тодом содержание железа во всех случаях стано- |
или электрохимическим методом по реакции: |
|
||||||
вится меньше 0,1 мг/л, причем метод эффективен, |
|
|
|
|
|
|||
когда другие приемы не работают. Под действием |
NaCl + H2O = NaClO + H2. |
(4.78) |
|
|||||
хлора происходит разрушение гуматов и других |
|
|
|
|
|
|||
органических соединений железа и переход их в |
Окисление двухвалентного железа происходит |
|
||||||
форму неорганических солей трехвалентного же- |
в соответствии со следующим уравнением: |
|
||||||
леза, которые легко гидролизуются. В результате |
|
|
|
|
|
|||
гидролиза выпадает осадок или гидроксида желе- |
2 Fe(HCO3)2 + NaClO + H2O = |
|
|
|||||
за, или продуктов неполного гидролиза – основных |
= 2 Fe(OH)3↓ + 4 CO2↑ + NaCl. |
(4.79) |
|
|||||
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
Часть первая
При расчете дозы гипохлорита натрия на обезжелезивание нужно обязательно учитывать его расход на деманганацию, удаление сероводорода (если марганец и сероводород присутствуют в обрабатываемой воде) и – когда это требуется – обеззараживание.
Требуемый расход активного хлора (АХ) на обработку воды (в пересчете на 100%-ный хлор, г/ч) определяется следующим выражением:
|
AX = Q |
час |
· {Д |
х |
+ [Fe2+] |
· K |
Fe |
] + |
||||
|
+ [Mn2+] · K |
Mn |
+ [H |
S] · K |
CB |
}, |
(4.80) |
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
где Qчас – объемный расход воды (максималь- |
|||||||||||
|
ный), м3/ч; Д |
|
– доза активного хлора для обезза- |
|||||||||
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раживания воды, мг/л; [Fe2+] – содержание двухва- |
|||||||||||
|
лентного железа в исходной воде, мг/л; KFe – расход |
|||||||||||
|
активного хлора для окисления железа (0,64 мг |
|||||||||||
|
активного хлора на 1 мг двухвалентного железа); |
|||||||||||
|
[Mn2+] – содержание двухвалентного марганца в ис- |
|||||||||||
|
ходной воде, мг/л; KMn – расход активного хлора для |
|||||||||||
|
окисления двухвалентного марганца (1,3 мг актив- |
|||||||||||
|
ного хлора на 1 мг 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 (4.79), в процессе |
|||||||||||
116 |
окисления железа гипохлоритом натрия не про- |
|||||||||||
исходит подкисления воды, а это очень важно для |
||||||||||||
процесса фильтрации. Кроме того, раствор гипохлорита натрия (как товарный, так и электрохимический) – щелочной.
Обработка воды перманганатом калия
Метод окисления двухвалентного железа используется 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 перманганата калия – достаточно дорогостоящего окислителя.
При обработке воды перманганатом калия реакция окисления железа с последующим гидролизом протекает по уравнению:
4 Fe(HCO3)2 + MnO4- + 2 H2O = |
|
= 4 Fe(OH)3↓ + MnO2↓ + 8 CO2↑. |
(4.81) |
По уравнению (4.81) на окисление 1 мг Fe2+ тратится 0,71 мг (практически 1 мг) перманганата калия, а щелочность воды уменьшается на 0,036 ммоль/л. СНиП 2.04.02-84* определяют расчетную дозу перманганата калия (в пересчете на 100%, мг/л) для окисления железа и марганца при помощи следующего выражения:
Д |
= [Fe2+] + 2 · [Mn2+], |
(4.82) |
|
KMnO4 |
|
где [Fe2+] – концентрация двухвалентного железа в исходной воде, мг/л; [Mn2+] – концентрация двухвалентного марганца в исходной воде, мг/л.
Для приготовления рабочих растворов следует руководствоваться данными по растворимости перманганата калия в воде:
при температуре 20°С – 6,34 г KMnO4 на 100 г воды;
при температуре 60°С – 22,2 г KMnO4 на 100 г воды.
При совместном введении в обрабатываемую воду перманганата калия и гипохлорита натрия дозы этих реагентов (в пересчете на 100%, мг/л) можно определить из уравнений:
Д |
KMnO4 |
= |
0,2 · [Fe2+] + 2 · [Mn2+]; |
(4.83) |
|
Д |
= |
0,7 · [Fe2+]. |
(4.84) |
||
NaOCl |
Сравнение уравнений (4.83) и (4.84) показывает: совместный ввод реагентов позволяет экономить до 80% перманганата калия. Введение этого реагента перед подачей в воду гипохлорита натрия разрушает органические вещества, вступающие в реакцию с хлором. В результате образуются продукты с резким запахом, например, фенолы. Если ввод реагентов осуществить в другой последовательности, то перманганат калия будет разрушать образованные хлорпродукты.
Обработка воды озоном
Один из перспективных методов окисления железа – озонирование. Озон (О3) – один из самых сильных окислителей. Одновременно с обеззараживанием идут процессы окисления двухвалентных железа и марганца, обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение органолептических свойств. (Подробнее – в ч. 1, п. 4.13.)
Стехиометрически можно определить дозу озона на окисление двухвалентного железа по следующему выражению:
Д |
О |
= 0,14 · [Fe2+], мг/л. |
(4.85) |
|
з |
|
|
где [Fe2+] – концентрация двухвалентного железа в исходной воде, мг/л.
Фильтрование с применением каталитических загрузок
Фильтрование с применением каталитических загрузок – наиболее распространенный метод удаления железа и марганца, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Это обусловлено как коммерческими аспектами, так
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
|
|
|
|
Часть первая |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
и высокой технологичностью процессов. Катали- |
Все системы на основе каталитического окис- |
||||
тические наполнители – |
природные материалы, |
ления с помощью диоксида марганца имеют ряд |
|||
содержащие диоксид марганца или загрузки, в ко- |
ограничений: |
|
|
||
торые диоксид марганца введен при соответству- |
неэффективны в отношении |
органического |
|||
ющей обработке: |
|
железа; более того, при наличии в воде лю- |
|||
дробленый пиролюзит, «черный песок», суль- |
бой из форм органического железа, на по- |
||||
фоуголь и МЖФ (отечественные загрузки); |
верхности гранул фильтрующего материала |
||||
Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ (зару- |
со временем образуется органическая плен- |
||||
бежные наполнители); |
|
ка, изолирующая катализатор |
(диоксид мар- |
||
Эти фильтрующие «засыпки» отличаются друг |
ганца) от воды; |
|
|
||
от друга как своими физическими характеристи- |
не могут справиться со случаями, когда содер- |
||||
ками, так и содержанием диоксида марганца и по- |
жание железа в воде превышает 10–15 мг/л, |
||||
этому эффективно работают в разных диапазонах |
что совсем не редкость. Присутствие в воде |
||||
значений характеризующих воду параметров. Од- |
марганца еще более ухудшает эффективность |
||||
нако принцип их работы одинаков. Дополнитель- |
обезжелезивания. |
|
|
||
но – см. ч. 2, п. 2. |
|
Каталитические наполнители («черный пе- |
|||
Механизм действия основан на способности со- |
сок» и сульфоуголь) позволяют вести процесс |
||||
единений марганца сравнительно легко изменять |
фильтрования со скоростью 10 м/ч при высоте |
||||
валентное состояние. Двухвалентное железо в ис- |
слоя наполнителя 1 м. «Черный песок» получают |
||||
ходной воде окисляется высшими оксидами мар- |
путем обработки кварцевого песка с размером |
||||
ганца. Последние восстанавливаются до низших |
частиц 0,5–1,2 мм 1%-ным раствором перманга- |
||||
ступеней окисления, а далее вновь окисляются до |
ната калия с его подщелачиванием до рН = 8,5–9 |
||||
высших оксидов растворенным кислородом и пер- |
раствором аммиака. |
|
|
||
манганатом калия: |
|
Для обработки сульфоугля используют 10%- |
|||
4 Fe(HCO3)2 + 3 MnO2 + 2 H2O = |
ный раствор хлорида марганца (MnCl2). Далее |
||||
через него фильтруют 1%-ный раствор перманга- |
|||||
= 4 Fe(OH)3↓ + Mn2O3 |
+ MnO + 8 CO2↑; (4.86) |
ната калия. Марганец вытесняется из структуры |
|||
|
|
наполнителя и осаждается на поверхности угля в |
|||
3 MnO + 2 KMnO4 + H2O = 5 MnO2 + 2 KOH; (4.87) |
виде пленки. |
117 |
|||
|
|
|
|
||
3 Mn2O3 + 2 KMnO4 + H2O = 8 MnO2 + 2 KOH. (4.88)
Впоследствии большая' часть окисленного и задержанного на фильтрующем материале железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора служит одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители.
При проведении процесса следует иметь в виду, что для эффективного окисления соединений железа (и марганца) необходимо как наличие катализатора, который только ускоряет процесс, так и реагента-окислителя. В роли последнего может выступать растворенный кислород, высшие соединения марганца, хлор, гипохлорит. С этой точки зрения разделение методов обезжелезивания (на реагентные и безреагентные) носит условный характер. В любом случае в ходе реакции расходуется окислитель независимо от того, вводится он извне или входит в состав фильтрующей загрузки. В последнем случае следует определить ресурс загрузки, исходя из состава воды и ее расхода, а также обеспечить своевременную регенерацию или замену фильтрующего материала.
Обезжелезивание воды катионированием
При фильтровании воды через слой ионита железо – согласно лиотропному ряду – будет задерживаться и поглощаться ионитом раньше и лучше кальция и магния. И обменная емкость ионита по кальцию и магнию будет быстро уменьшаться. Поэтому удаление из воды 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 При наличии в воде кислорода ион Fe2+ окисляется, образующийся гидроксид железа Fe(OH)3 плохо растворим в воде и, осаждаясь на зернах ионита, «закрывает» его поры. Ресурс работы ионообменного материала будет значительно снижен. Поэтому производители ионитов ограничивают содержание железа (Fe) в исходной воде значениями 0,05–0,3 мг/л. Следовательно, применение этого метода должно быть экономически обосновано.
Современные эффективные способы удаления органического железа – сорбция на специальных слабоосновных анионитах (органопоглотителях) и ультрафильтрация.
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
Часть первая
|
4.12. Деманганация воды |
лее 9,5 мгО/л. В воде обязательно присутствие |
|
|
|
двухвалентного железа, при окислении кото- |
|
|
Марганец присутствует в земной коре в боль- |
рого образуется гидроксид железа, адсорбиру- |
|
|
шом количестве и обычно встречается вместе с |
ющий Mn2+ и каталитически его окисляющий. |
|
|
железом. Содержание растворенного марганца в |
Соотношение концентраций [Fe2+] / [Mn2+] не |
|
|
подземных и поверхностных водах, бедных кисло- |
должно быть менее 7/1. Если в исходной воде |
|
|
родом, достигает нескольких мг/л. Российские са- |
такое соотношение не выполняется, то в воду |
|
|
нитарные нормы ограничивают уровень предельно |
дополнительно дозируют сульфат железа (же- |
|
|
допустимого содержания марганца в воде хозяйс- |
лезный купорос). |
|
|
твенно-питьевого назначения значением 0,1 мг/л. |
|
|
|
В некоторых странах Европы требования жестче: |
Деманганация перманганатом калия |
|
|
не более 0,05 мг/л. Если содержание марганца |
Метод применим как для поверхностных, так и |
|
|
больше этих значений, ухудшаются органолепти- |
для подземных вод. При введении в воду перман- |
|
|
ческие свойства воды. При значениях марганца |
ганата калия растворенный марганец окисляется с |
|
|
больше 0,1 мг/л появляются пятна на санитарно- |
образованием малорастворимого оксида марган- |
|
|
технических изделиях, а также нежелательный |
ца согласно следующему уравнению: |
|
|
привкус воды. На внутренних стенках трубопро- |
|
|
|
водов образуется осадок, который отслаивается в |
3 Mn2+ + 2 KMnO4 + 2 H2O = 5 MnO2↓ + 4 H+. (4.89) |
|
|
виде черной пленки. |
|
|
|
4.12.1. Химизм процесса демаганации |
Осадок представляет собою смесь MnO2 · 2 H2O |
|
|
и Mn(OH)4. |
||
|
В подземных водах марганец находится в виде |
Осажденный оксид марганца в виде хлопьев име- |
|
|
хорошо растворимых солей в двухвалентном со- |
ет высокую развитую удельную поверхность – при- |
|
|
стоянии (Mn2+). Для удаления марганца из воды |
мерно 300 м2 на 1 г осадка, что определяет его вы- |
|
|
его необходимо перевести в нерастворимое со- |
сокие сорбционные свойства. Осадок – хороший |
|
|
стояние окислением в трех- и четырехвалентную |
катализатор, позволяющий вести демангацию при |
|
|
форму (Mn3+ и Mn4+). Окисленные формы марган- |
рН = 8,5. |
|
118 |
|||
ца гидролизуются с образованием практически |
В соответствии с уравнением (4.89) для удале- |
||
нерастворимых гидроксидов Mn(OH)3 и Mn(OH)4. |
ния 1 мг Mn2+ требуется 1,92 мг перманганата ка- |
||
|
Последний при осаждении на зернистой загрузке |
лия. Как уже отмечалось, перманганат калия обес- |
|
|
фильтра проявляет каталитические свойства, то |
печивает удаление из воды не только марганца, но |
|
|
есть ускоряет процесс окисления двухвалентного |
и железа в различных формах. Также удаляются |
|
|
марганца растворенным кислородом. |
запахи и за счет сорбционных свойств улучшаются |
|
|
Для эффективного окисления марганца кисло- |
вкусовые качества воды. |
|
|
родом необходимо, чтобы значение рН очищаемой |
Практические данные по удалению марган- |
|
|
воды было на уровне 9,5–10,0. Перманганат калия, |
ца с помощью перманганата калия показывают, |
|
|
хлор или его производные (гипохлорит натрия), |
что доза его должна составлять 2 мг на каждый |
|
|
озон позволяют вести процесса демаганации при |
мг марганца, при этом окисляется до 97%. Mn2+. |
|
|
меньших значениях рН, равных 8,0–8,5. Для окис- |
После перманганата калия вводят коагулянт для |
|
|
ления 1 мг растворенного марганца нужно 0,291 мг |
удаления продуктов окисления и взвешенных ве- |
|
|
кислорода. |
ществ и далее фильтруют на песчаной загрузке. |
|
|
4.12.2. Методы деманганации |
При очистке от марганца подземных вод парал- |
|
|
лельно с перманганатом калия вводят активиро- |
||
|
Глубокая аэрация с последующим фильтро- |
ванную кремниевую кислоту из расчета 3–4 мг/л |
|
|
ванием |
или флокулянты. Это позволяет укрупнить хлопья |
|
|
На первом этапе очистки из воды под вакуумом |
оксида марганца. |
|
|
извлекают свободную углекислоту, что способствует |
|
|
|
повышению значения рН до 8,0–8,5. Для этой цели |
Каталитическое окисление марганца |
|
|
используют вакуумно-эжекционный аппарат, при |
Как и в процессах очистки от железа, так и при |
|
|
этом в его эжекционной части происходят дисперги- |
деманганации предварительное осаждение ок- |
|
|
рование воды и ее насыщение кислородом воздуха. |
сидов марганца на поверхности зерен фильтрую- |
|
|
Далее вода направляется на фильтрацию через зер- |
щей загрузки оказывает каталитическое влияние |
|
|
нистую загрузку, например, кварцевый песок. |
на процесс окисления двухвалентного марганца |
|
|
Этот метод очистки применим при перман- |
растворенным кислородом. В процессе фильтро- |
|
|
ганатной окисляемости исходной воды не бо- |
вания предварительно аэрированной и при необ- |
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»
|
|
|
|
Часть первая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
ходимости подщелоченной воды на зернах песча- |
быть подщелочена. Требуемая доза реагента для |
|
|||||
ной загрузки образуется слой осадка гидроксида |
окисления Mn2+ до Mn4+ по стехиометрии состав- |
|
|||||
марганца Mn(OH) |
. Ионы растворенного Mn2+ ад- |
ляет 1,3 мг на каждый миллиграмм растворенного |
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
сорбируются поверхностью гидроксида марганца |
двухвалентного марганца. Фактические дозы го- |
|
|||||
и гидролизуются, образуя оксид трехвалентного |
раздо выше. |
|
|
|
|||
марганца Mn2O3. |
|
|
Обработка воды озоном или диоксидом хлора |
|
|||
Последний окисляется растворенным кислоро- |
значительно эффективнее. Процесс окисления |
|
|||||
дом вновь до Mn(OH)4, который опять участвует в |
марганца завершается в течение 10–15 мин при |
|
|||||
процессе каталитического окисления. Как всякий |
значении рН воды 6,5–7,0. Доза озона по сте- |
|
|||||
классический катализатор, Mn(OH)4 почти не рас- |
хиометрии составляет 1,45 мг, а диоксида хлора |
|
|||||
ходуется. Уравнения реакций этих процессов мож- |
1,35 мг на 1 мг двухвалентного марганца. Одна- |
|
|||||
но представить следующим образом: |
|
ко при озонировании воды озон подвержен ката- |
|
||||
|
|
|
литическому разложению оксидами марганца, а |
|
|||
Mn(OH)4 + Mn(OH)2 = Mn2O3 + 3 H2O; |
(4.90) |
потому доза должна быть увеличена. |
|
|
|
||
2 Mn2O3 + 2 O2 + 8 H2O = Mn(OH)4↓. |
(4.91) |
Указанные количества окислителей KMnO4, |
|
||||
|
|
|
ClO2, O3 – теоретические. Практически дозы окис- |
|
|||
Практическая |
реализация таких |
процессов |
лителей зависят от значения рН, времени контакта |
|
|||
возможна при использовании каталитических на- |
окислителей с водой, от образующихся отложе- |
|
|||||
полнителей, описанных в ч. 2, п. 2, где приведены |
ний, содержания органических веществ, конструк- |
|
|||||
требования к исходной воде и рабочие параметры |
ции аппаратов и могут составить |
увеличение |
|
||||
процессов. Можно отметить, что значение рН очи- |
по сравнению с теоретическими количествами: |
|
|||||
щаемой воды может быть меньше, чем в традици- |
для KMnO4 – в 1–6 раз, для ClO2 – в 1,5–10 раз, |
|
|||||
онных процессах деманганации. |
|
для O3 – 1,5–5 раз. |
|
|
|
||
Фильтрование |
через модифицированную |
Удаление марганца методом ионного обмена |
|
||||
загрузку |
|
|
Удаление марганца (II) методом ионного обме- |
|
|||
Для повышения ресурса работы фильтрующей |
на так же, как и железа (II), происходит при натрий- |
|
|||||
загрузки за счет закрепления пленки катализато- |
и водород-катионировании. Метод целесообразен |
119 |
|||||
ра из гидроксидов железа и оксида марганца на |
при необходимости одновременного |
глубокого |
|||||
поверхности зерен, а также для уменьшения рас- |
умягчения воды и проведения обезжелезивания и |
||||||
хода перманганата калия, предлагается следую- |
деманганации. |
|
|
|
|||
щий метод. |
|
|
|
|
|
|
|
Перед началом фильтрования через фильтрую- |
|
|
|
|
|
||
щую загрузку последовательно пропускают снизу |
4.13. Озонирование воды |
|
|||||
вверх раствор железного купороса (FeSO4) и пер- |
|
||||||
манганат калия, а затем загрузку обрабатывают |
|
|
|
|
|
||
тринатрийфосфатом (Na3PO4) или сульфитом на- |
Озонирование воды всё чаще находит приме- |
|
|||||
трия (Na2SO3). |
|
|
нение при обеззараживании питьевой воды, воды |
|
|||
Скорость фильтрования исходной воды, пода- |
плавательных бассейнов, сточных вод и т.д., поз- |
|
|||||
ваемой сверху вниз, составляет 8–10 м/ч. Катали- |
воляя одновременно достигнуть обесцвечивания, |
|
|||||
тическую пленку можно создать так же, пропуская |
окисления железа и марганца, устранения привку- |
|
|||||
через загрузку фильтра 0,5%-ный раствор хлорида |
са и запаха воды и обеззараживания за счет весь- |
|
|||||
марганца и перманганата калия. |
|
ма высокой окисляющей способности озона. |
|
||||
|
|
|
Впервые процессы озонирования для очистки |
|
|||
Введение реагентов-окислителей |
|
питьевой воды были реализованы во Франции, где |
|
||||
Скорость процесса окисления двухвалентного |
уже в 1916 г. действовало 26 озонаторных устано- |
|
|||||
марганца реагентами-окислителями из ряда: хлор, |
вок. Всего в Европе – 49. |
|
|
|
|||
диоксид хлора (ClO2), гипохлорит натрия, озон – за- |
Озон (О3) – газ голубоватого или бледно-фио- |
|
|||||
висит от величины рН исходной воды. |
|
летового цвета, который самопроизвольно диссо- |
|
||||
При введении хлора или гипохлорита натрия |
циирует на воздухе и в водном растворе, превра- |
|
|||||
эффект окисления достигается в достаточно пол- |
щаясь в кислород. Скорость распада озона резко |
|
|||||
ной мере при значениях рН не менее 8,0–8,5 и |
увеличивается в щелочной среде и с ростом тем- |
|
|||||
времени контакта окислителя и воды 60–90 мин. |
пературы. Обладает большой окислительной спо- |
|
|||||
В большинстве случаев (если окислитель – только |
собностью, разрушает многие органические ве- |
|
|||||
кислород и рН <7,0) обрабатываемая вода должна |
щества, присутствующие в природных и сточных |
|
|||||
ВОДОПОДГОТОВКА
Библиотека «Аква-Терм»