Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды

Д.т.н. Б.Е. РЯБЧИКОВ

Окончание - Часть 6.

Принципиальное отличие установок с периодической регенерацией состоит в наличии емкости для хранения раствора перманганата и системы его подачи в фильтр. Конструкция самого фильтра аналогичны с фильтрами обезжелезивания с Бирмом.

Блок управления снабжен дополнительными клапанами и эжектором для подсоса концентрированного раствора перманганата из бака при регенерации, обеспечивающим его разбавление до концентрации 0,3%.

Регенерация может производиться по истечении заданного промежутка времени или после пропуска определенного количества очищенной воды. Второй вариант предпочтителен. В этом случае блок управления снабжается счетчиком объема пропущенной воды . При наладке установки определяют обьем воды, который может обработать фильтр. Его вводят в блок управления, и регенерация каждый раз производится, когда фильтр очистит заданное количество воды. Это позволяет обеспечить постоянное высокое качество.

Во втором случае в трубопровод перед фильтром обезжелезивателем воды, дозируется раствор перманганата калия (рис .2 а). С его помощью происходит окисление растворенной формы железа, ( а также частичное обеззараживание и снижение других вредных примесей) с образованием осадка, который хорошо задерживается в толще фильтрующего материала. Для дозирования перманганата калия используется автоматический комплекс пропорционального дозирования. В его состав входят: насос дозатор, растворный бак и водосчетчик. Дозирование раствора проходит пропорционально расходу воды - по сигналу импульсного водосчетчика, установленного после фильтра обезжелезивателя. Восстановление способности фильтра извлекать железо осуществляется без применения, каких либо химических веществ путем промывки слоя фильтрующего материала обратным током исходной воды. Данную технологию целесообразно использовать при очень высоких концентрациях в воде железа (более 10 мг / л) и марганца (более 0,4 мг / л).

Добавление в воду хлора позволяет стерилизовать загрузку и снизить расход перманганата, однако хлор не заменяет перманганат .

Сравнивая эти два способа можно отметить, что при непрерывном дозировании, перманганат калия используется в стехиометрическом количестве. Однако при изменении состава воды, например сезонном, возможно либо недоокисление железа и марганца, либо попадание не прореагировавшего избытка перманганата в очищенную воду. Последнее, не только приводит к появлению на сантехнике трудноудаляемых загрязнений, но и недопустимо по токсикологии. Очищенная от железа вода может быть загрязнена марганцем, ПДК которого меньше в 3 раза .

Обработка загрузки перманганатом при регенерации, как отмечалось, требует больших затрат дорогостоящего реагента и выводит из строя септики.

Расчет, сделанный для очистки 0,8 м3 в сутки воды, содержащей 4,0 мг/л двухвалентного железа и 0,3 мг/л марганца, показал, что при периодической регенерации с рекомендованным изготовителем расходом, равным 2,0 г КМпО4 на 1 л загрузки, годовое потребление составит 17,2 кг КМnO4. При непрерывном дозировании в количестве, рассчитанном для полного окисления железа и марганца, годовое потребление составит 1,34 кг КМпО. Следовательно , в первом случае избыточные почти 16 кг КМпO4 будут сброшены в канализацию с соответствующим результатом для системы фекальной очистки.

Следует отметить , что скорость фильтрации в механических фильтрах и фильтрах обезжелезивания незначительно зависит от применяемого материала. Эта скорость для разных материалов с оптимальным гранулометрическим составом составляет 2-5 м / ч для безнапорных и 8-12 м / ч для напорных фильтров. Она рассчитана теоретически, подтверждена многолетним опытом эксплуатации и рекомендуется как зарубежными (табл . 1,2), так и отечественными производителями загрузок. Превышение скорости приводит к ухудшению качества очистки .

Для Greensand производитель Clack Co дает зависимость рабочей скорости от исходного содержания железа :

Таблица 1

Содержание железа , мг / л

0,5

1,0

2,0

3,0

Рабочая скорость , м / ч

12

10

8

6

Разработка аналогичных отечественных материалов, к сожалению , не привела к их промышленному выпуску .

Наиболее сложно удалить железо, входящее в состав органических соединений и биологических объектов, часто находящееся в виде коллоидов. Очистка на каталитических загрузках, во многих случаях, не дает нужного эффекта. Необходимо либо разрушить органические комплексы, либо, наоборот, их агрегатировать для создания условий для осаждения, либо извлечь их из раствора. Однако даже использование больших доз озона и хлора не всегда позволяет полностью их разрушить и удалить.

Наименование

Birm

Greensand

МТМ

Pyroiox

МЖФ

Наименование аналогов

Techlite BW MagnofiJt BW

Purolite MZ 10 TechiteMN, Magnofilt MN

 

Fifox, Aqua Mandix AMDX Catalox-50

 

Цвет

Черный

Лилово-черный

Темно- коричневый

Черный

Красно-бурый

Сырье для изготовления

Алюмосиликат

Глауконитовый зеленый песок

Алюмосиликат

Пиролюзит

Доломит

Размер частиц, мм

0,4-2,0

0,25-1,2

0.5- 1.7

0,4- 1,5

 

Эффективный размер, мм

0,6

0,3

0.30-0.35

0,51

 

Коэффициент однородности

2,7

1,4-1,6

1,9

1,7

 

Плотность частиц, г/см 3

2,0

2,4-2,9

1,7

3,8

 

Насыпная масса, г/см 3

0,6-0,7

1,4

0,72

1,8-2,0

 

Диапазон рН вода

6,8-9,0

6,2-8,8

6,2- 8,5

6,5-9,0

4,5-9.0

Максимальное содержание в воде Fe и Мп, мг/л

4

15

15

нд

50 - Fe, 2 - Мп

Емкость по железу, г/л загрузки

1

0,5-0,64

1.4

нд

2

Емкость по марганцу, г/л

нд

0,5

5.0

нд

1,2

Емкость no H 2 S, г/л

нет

0,4

1,0

нд

 

Наличие в воде H 2 S

нет

до 5 мг/л

до 5 мг/л

до 5 мг/л

 

Наличие Сl 2

до 0,5 мг/л

допустимо

до 0,5 мг/л

допустимо

допустимо

Наличие полифосфатов

не допустимо

не допустимо

не допустимо

 

 

Наличие в воде нефтепродуктов

не допустимо

не допустимо

не допустимо

допустимо

допустимо

Рабочий диапазон рН

7,0-9,0

6,2-8,8

6,8-8,5

6,8-8,8

4,5-9,0

Необходимый окислитель

0 2

КМп0 4 KMnO„ + CI j

КМпО„ + С! 2 0 3

О а . CU 0 3

любой

Потребность в реагентах

нет

перманганат калия

 

 

 

Доза реагента, г/л загрузки

-

2,0-4,0

1,5-2,0

 

 

Необходимость корректировки рН

При рН<6,8

При рН<6,2

При рН<6,8

При рН<6,2

При рН<4,5

Скорость потока воды, м/ч

 

- рабочий режим

6,0-12,0 в зависимости от содержания Fe и Мп

18*

- режим обратной промывки

25-30

20-30

20-25

65-75

35

Расширение слоя (%)

20-40

35-50

20-40

15-30

20

Органические комплексы гуминовых и фульвокислот очень стойкие и при обработке обычными окислителями трудно и не полностью разрушаются. Хлорирование дает незначительный эффект и приводит к появлению токсичных продуктов. Более эффективно и экологически безопасно, однако и очень дорого, озонирование. Поскольку разные воды существенно отличаются по составу, эффективность такой обработки может быть установлена только при экспериментах с конкретным образцом воды. В ряде случаев и озонирование не дает ощутимого эффекта.

Стандартным методом удаления органических загрязнений является сорбция на активированных углях. Этот способ широко используется в промышленности и муниципальной водоподготовке. Применяется фильтрация через слой гранулированного угля или введение пылевидного угля. Наилучшие результаты получаются при совместном использовании пылевидного угля и коагуляции. Однако использование активированного угля не всегда обеспечивает полную сорбцию органокомплексов, ресурс его работы недостаточен.

Коагуляция солями железа или алюминия дает, как правило, хорошие результаты по удалению органического железа. Причем может быть использована как традиционная схема с вертикальным отстойником, так и контактная коагуляция. В последнем случае коагулянт, и если необходимо, раствор корректирующий рН, вводятся в трубопровод перед фильтром обезжелезивания воды, как показано на рисунке 2. Лучший эффект дает использование промежуточного отстойника-хлопьеобразователя. Вода с зародышами взвеси подается на фильтр. В нем происходит контактная коагуляция т.е. достаточно быстрое образование на частицах загрузки флоккул, задерживающих коллоидные взвеси. Таким способом удавалось очистить воду от железа, находящееся в очень прочном комплексе с органическими кислотами, который не удавалось удалять другими методами.

Перспективными методами удаления органических загрязнений являются сорбция на специальных слабоосновных анионитах – органопоглотителях (скавенжерах), и ультрафильтрация на мембранах.

Аниониты – органопоглотители позволяют извлекать незначительные количества железа, связанного с органическими соединениями, которые не удаляются на фильтрах с каталитической загрузкой. На одном из объектов при обработке воды содержащей железо, находящееся в очень прочном комплексе с гуматами, который не разрушался хлором и озоном, применение органопоглотителя позволило одним его объемом очистить от железа и органических примесей до 20 000 объемов воды, что на порядок больше, чем на активированном угле. Такие аниониты поддается регенерации. Она осуществляется смесью растворов хлорида натрия и щелочи, хотя, в ряде случаев, возможно использование только соли.

Эффективным способом удаления органики является ультрафильтрация. При ультрафильтрации вода пропускается через мембрану, имеющую отверстия размером от 0.01 – 0.1 мкм. Из воды извлекаются коллоидные частицы, микроорганизмы (бактерии и вирусы), крупные органические макромолекулы, определяющие цветность воды, имеющие молекулярную массу более 1000. Рабочее давление от 0.7 до 7.0 атм. При этом извлекается и железо, находящееся в комплексе с гуматами и в составе бактерий. Основное внимание уделяется совершенствованию аппаратурного оформления процесса, позволяющего снизить стоимость переработки.

Бактериальное железо удаляется как методами коагуляции и ультрафильтрации, так и с использованием железобактерий .

Одним из современных направлений обезжелезивания воды является биологический способ, который основывается на использовании микроорганизмов т. н. железобактерии. Эти бактерии переводят двухвалентное железо в трехвалентное . Обильное развитие железобактерий отмечается в воде с содержанием железа от 10 до 30 мг / л , однако, их развитие возможно даже при концентрации железа в сто раз меньше. Главные условия — это поддержание кислотности среды на достаточно низком уровне при одновременном доступе кислорода из воздуха.

В некоторых случаях это оказывается единственным приемлемым способом снизить содержание железа в воде. Прежде всего, когда концентрации железа особенно велики, свыше 40 мг / л . Также применяют биологическое обезжелезивание, если в воде высоко содержание сероводорода и углекислоты. Ее подвергают фильтрации через колонии бактерий на медленных фильтрах с песчано - гравийной загрузкой. Затем подвергают сорбционной очистке для задержания продуктов жизнедеятельности бактерий.

Сами по себе эти бактерии не представляют опасности для организма человека, однако продукты их жизнедеятельности токсичны. Поэтому заключительным этапом биологического обезжелезивания является сорбционная очистка для задержания продуктов жизнедеятельности железобактерий и окончательное ультрафиолетовое обеззараживание воды.

При всех своих достоинствах (например , экологичности) у биоочистки есть существенный недостаток - низкая скорость процесса и большая его зависимость от температуры. Это означает, что габариты очистных сооружений требуются существенно большие, чем у конкурирующих методов .

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.