- •1.2 Исторически сложившиеся методы и схемы подготовки химически очищенной воды.
- •1.2.1 Коагуляция и осветление
- •Методы обработки поверхностных вод
- •1.2.2 Методы осаждения
- •1.2.2.1 Известкование
- •Остаточная карбонатная щелочность известкованной воды
- •1.2.2.2 Известково-содовый метод
- •1.2.2.3 Едконатровый метод
- •1.2.2.4 Термический метод
- •1.2.2.5 Внутрикотловая обработка воды
- •1.2.2.6 Магнитный метод обработки воды для паровых котлов более 100ºС
- •1.2.3 Магнитный метод обработки при подогреве воды ниже 95ºС
- •1.2.4 Обезжелезивание подземных вод
- •1.2.5 Обработка воды путем ионного обмена
- •1.2.5.1 Натрий-катионирование
- •1.2.5.2 Натрий-хлор-ионирование
- •1.2.5.3
- •Параллельное водород-натрий- катионирование
- •Водород-катионирование в схемах химического обессоливания
- •1.2.5.4 Амоний-натрий-катионирование
1.2.4 Обезжелезивание подземных вод
Содержащиеся в артезианской воде ионы двухвалентного железа наиболее просто удаляются путем аэрации и фильтрования через фильтрующий материал, обработанный катализатором, ускоряющим процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное.
При наличии в воде коллоидного двухвалентного железа (что встречается сравнительно редко) требуется проведение пробного обезжелезивания. При невозможности провести его на первой стадии проектирования выбирают один из приведенных ниже методов на основании проведенного пробного обезжелезивания в лаборатории или опыта работы аналогичных установок.
Для обезжелезивания подземных вод используются следующие методы.
а) Удаление железа аэрацией
с последующим фильтрованием через сульфоуголь (с катализатором), которое возможно при соблюдении следующих условий: щелочность исходной воды должна быть более мг-экв/л; перманганатная окис- ляемость воды мг на 1 л О2 — менее 15 [Fe2+] +3, где [Fe2+] — содержание двухвалентного железа в исходной воде, мг/л; содержание аммонийных солей — менее 1 мг/л (в пересчете на NH4); содержание сульфидов — менее 0,2 мг/л (в пересчете на H2S); pH воды после аэрации и гидролиза железа — более 7. Этот метод наиболее прост к при эксплуатации, так и в аппаратурном оформлении и нашел широкое применение в котельных установках.
б) Метод аэрации с последовательным фильтрованием воды через контактные фильтры с дробленым пиролюзитом или омарганцованным песком и затем через механический фильтр (при соблюдении перечисленных в п. «а» условий). Высоту пиролюзита или омарганцованного песка следует принимать не менее 900 мм и скорость фильтрования м/ч. При проектировании установок должна предусматриваться возможность периодического введения в обрабатываемую воду 2—мг/л марганцовокислого калия КМПО4. Этот метод сложнее, чем по п. «а», и применяется на водопроводных станциях.
в) Удаление железа путем аэрации и последующего хлорирования или известкования (в случаях, когда не выдерживается одно из условий, перечисленных в п. «а»).
г) Удаление ионного железа катионированием. Этот метод применим в случаях, когда требуется умягчение воды и в обрабатываемой воде отсутствует кислород.
Величина pH воды после аэрации и гидролиза железа определяется по номограмме рис. 5-9 с учетом приведенных ниже данных увеличения содержания свободной углекислоты и снижения щелочности после обезжелезивания.
Обезжелезивание в напорных фильтрах. Содержащийся в артезианской воде бикарбонат железа — соединение вполне устойчивое при отсутствии окислителей и при pH > 7,5. При соприкосновении артезианской воды, содержащей двухвалентное железо, с кислородом воздуха происходит его окисление до трехвалентного с выпадением осадка гидроокиси.
Наличие в воде солей меди, марганца или фосфатов, а также контакт воды после введения кислорода с ранее выпавшим осадком железа каталитически ускоряет процесс окисления Fe2+ в Fe3+.
Процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное и гидролиз последнего может быть выражен уравнением:
4Fe (НСО3)2 + О2 + Н2О→4Fe (ОН)3 + 8СО2.
При окислении на 1 мг Fe2+ расходуется 0,143 мг O2, увеличивается содержание свободной углекислоты на 1,6 мг/л, а щелочность при этом снижается на 0,036 мг-экв/л.
В зависимости от условий (значения pH, наличия в воде окислителей или восстановителей, их концентрации и т. п.) окисление может предшествовать гидролизу, идти параллельно с ним или окислению может подвергаться продукт гидролиза двухвалентного железа Fe(OH)2 (образуется при высокой карбонатной жесткости, pH > 10 и содержании Fe2+> 10 мг/л).
Процесс обезжелезивания в напорном фильтре, предложенный Каунасским политехническим институтом и усовершенствованный канд. техн. наук Н. П. Лапотышкиной (ВТИ), заключается в следующем. Через фильтр, загруженный сульфоуглем, пропускается аэрированная вода со скоростью 25 м/ч в течение 170—180 ч. За это время на поверхности зерен сульфоугля (размером 0,8—1,2 мм) образуется пленка из соединений железа, которая в дальнейшем служит катализатором в процессе окисления Fe2+ в Fe3+ и способствует высокому стабильному эффекту обезжелезивания.
Высота слоя сульфоугля должна быть 1,3 м, что обеспечивается при использовании для обезжелезивания натрий-катионитных фильтров ступени. При обезжелезивании фильтрование предварительно аэрированной воды производится со скоростью 15 м/ч (по данным Каунасского политехнического института — 25 м/ч). Когда потери напора в слое загрузки возрастают до 9,81 Н/м2 (10 м вод. ст.), фильтр отключают на промывку.
Взрыхляющая промывка фильтра производится из бака промывочной воды (после обезжелезивания) с интенсивностью 4 л/(см2) в течение 20—25 мин. Аэрация обезжелезиваемой воды производится путем присадки сжатого воздуха или установки эжектора с минимальным сопротивлением на трубопроводе обрабатываемой воды.
На линии подсоса воздуха к эжектору (или на линии сжатого воздуха)необходимо устанавливать игольчатый вентиль для регулировки подсоса кислорода, расход которого в процессе обезжелезивания незначителен, а большое количество воздуха ухудшает работу фильтра.
В высшей точке фильтра обезжелезивания устанавливается вантуз для автоматического удаления скопившегося в фильтре воздуха.