Обезжелезивание природных вод (стр. 3 из 4)

Рис. 17.5. Вакуумно-эжекционное устройство.

а — общий вид; б — разрез по оси аппарата; I — конический сходящийся иасадок; 2 — вакуумная камера; 3 — окна для подсоса воздуха и удаления диоксида углерода;4 — эжекционные камеры; 5 — отражательная пластина (вариант)

При использовании в этой схеме осветлителей со слоем взвешенного осадка процесс по Г.И. Николадзе описывается следующим уравнением:

где Fe0 и FeH— соответственно содержание железа в воде после осветлителя и в обрабатываемой воде, мг/л; b— экспериментальный коэффициент, зависящий от свойств воды, ч-1; Я — Высота взвешенного слоя, м; v— скорость восходящего движения воды во взвешенном слое, м/ч; n — экспонента, учитывающая влияние окисления железа(II) на эффект обезжелезивания воды.

Обезжелезивание воды фильтрованием через модифицированную загрузку основано на увеличении сил адгезии путем воздействия на молекулярную структуру поверхности зерен фильтрующей загрузки. Для увеличения сил адгезии, как показали исследования, необходимо на поверхности зерен фильтрующей загрузки образовать пленку из соединений, имеющих более высокое значение константы Ван-дер-Ваальса. Кроме того, электростатические свойства этих соединений должны обеспечить изменение дзета-потенциала поверхности зерен в нужном направлении. При этом силы адгезии соприкасающихся тем больше, чем' больше молекулярные массы.

Методика модификации загрузки предусматривает ее последовательную обработку 1,5%-ным раствором серно-кислого железа (II), а затем 0,5%-ным раствором перманганата калия. Суммарная продолжительность контакта 30 мин. Спустя 20 мин после начала работы фильтрат отвечает лимитам ГОСТ 2874—82. «Вода питьевая».

Обезжелезивание воды упрощенной аэрацией, хлорированием и фильтрованием заключается в удалении избытка углекислоты и обогащении воды кислородом при аэрации, что способствует повышению рН и первичному окислению железоорганических соединений. Окончательное разрушение комплексных соединений железа (II) и частичное его окисление достигаются путем введения в обрабатываемую воду окислителя (хлора, озона, перманганата калия и т. п.). Соединения закисного и окисного железа извлекаются из воды при фильтровании ее через зернистую загрузку.

Хлор вводится в водяную подушку через специальную распределительную трубчатую систему; при этом требуется обеспечить необходимое время контакта окислителя с обрабатываемой водой. В качестве фильтровального аппарата рекомендуются контактные фильтры КФ-5 с повышенной грязеемкостью. В контактном фильтре КФ-5 фильтрующая загрузка состоит из трех слоев толщиной по 0,6 м: верхний слой — керамзит или полимеры с крупностью зерен 2,3...3,3 мм, средний слой — антрацит или доменный шлак с крупностью зерен 1,25...2,3 мм, нижний слой — кварцевый песок или горелые породы с зернами крупностью 0,8...1,25 мм. Скорость фильтрования 7 м/ч, промывка водяная.

Обезжелезивание методом напорной флотации основано на действии молекулярных сил, способствующих слипанию отдельных частиц гидроксида железа с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха и всплывании образующихся при этом агрегатов на поверхность воды. Метод флотационного выделения дисперсных и коллоидных примесей природных вод весьма перспективен вследствие резкого сокращения продолжительности процесса (в 3...4 раза) по сравнению с осаждением или обработкой в слое взвешенного осадка.

Процесс напорно-флотационного разделения хлопьев гидроксида железа можно подразделить на следующие стадии: окисление закисного железа в окисное, растворение воздуха в воде и образование пузырьков; образование комплексов «пузырек воздуха — хлопья гидроксида железаподъем этих комплексов на поверхность воды. Каждая стадия оказывает существенное влияние на эффективность и экономичность процесса.

На эффективность процесса всплывания хлопьев при флотационном разделении оказывают влияние концентрация взвешенных веществ (исходная концентрация железа, доза извести), .количество и размер пузырьков, продолжительность флотации, а также гидродинамические условия. Эффект флотации можно определить по формуле

(17.8)

где uп — скорость подъема пузырьков; Т — продолжительность пребывания воды во флотаторе; П — количество пузырьков воздуха в единице объема воды; Н0 — высота слоя воды во флотаторе; а —коэффициент вероятности закрепления пузырьков на хлопке гидроксида железа при подъеме его на 1 см.

При увеличении продолжительности флотации, давления в напорном баке, дозы извести, а также исходного содержания железа, эффект обезжелезивания повышается, а при увеличении количества дисперсионной воды — понижается. Другие факторы, как показывают уравнения регрессии, существенного влияния не оказывают.

где Т — продолжительность пребывания воды во флотаторе, мин; (/ — количество воды, подвергаемое насыщению воздухом, л; Ди —доза извести, мг/'л; р — давление насыщения, МПа; Fe„ — исходная концентрация железа, мг/л; Э — эффект обезжелезивания; Оk — окисляемость.

Снижение окисляемости зависит в основном от количества воды, подвергаемой насыщению воздухом, дозы извести и давления насыщения.

Удаление высококонцентрированных устойчивых форм железа из воды аэрацией, известкованием, отстаиванием в тонком слое и фильтрованием достигается после полного окисления Железа (II) и деструкции комплексных железоорганических соединений при pH≥7,l. Процесс выделения соединений железа в тонкослойном отстойнике носит циклический характер и при этом эффект обезжелезивания воды зависит главным образом от скорости потока в тонкослойных модулях, исходной концентрации железа и дозы щелочного реагента. Для агломерации хлопьев гидроксида железа, седиментирующихся в отстойнике, объем камеры хлопьеобразования вихревого типа, совмещенной с отстойником, должен обеспечивать продолжительность пребывания обрабатываемой воды не менее 15 мин.

Достигаемый в тонкослойных модулях эффект деферизации воды Э, %', зависит от скорости движения потока — v,дозы щелочного реагента — Ди, содержания железа в обрабатываемой воде — FeHи описывается уравнением

Э = 32,23 + 0,33υ — 0,224υ2 + 1,28ДИ—0,007Д2 + 0,37FeH. (17.11)

Скорость движения воды в тонкослойных модулях по Г.И. Николадзе

где l — длина ячейки отстойника, м; υкр — критическая скорость потока в отстойнике, м/ч; А0 — параметр, характеризующий величину концентрации отложений, выпавших в отстойнике, г/л; F— функциональный параметр, зависящий в основном от продолжительности уплотнения осадка и цикла отстаивания, ч; К — содержание нерастворимой взвеси в составе щелочного реагента, мг/л; Fe0 — содержание железа в отстоенной воде.

Содержание железа, мг/л, в отстоенной воде можно найти из выражения

Fe0=FeH(1 — 0,01Э).(17.13)

обезжелезивание вода флотация

Для удаления сульфата железа (II) применяют известкование, при этом известь реагирует вначале с сульфатом железа (II):

FeS04 + Са (ОН)2 = CaS04 + Fe(ОН)2.

Образующийся гидроксид железа (II) окисляется в Fe(OH)3, при этом, если количество кислорода, содержащегося в воде, недостаточно для окисления, одновременно с известкованием проводят хлорирование или аэрирование воды.

Доза извести (при Ре2+/28>ЩИ), мг/л

где [СО2] — содержание в воде свободного оксида углерода (IV), мг/л; [Fe2+] — содержание в воде железа (II), мг/л; в\ — эквивалентная .масса безводного вещества коагулянта, мг/мг-экв; Щл — щелочность исходной воды, мг-экв/л.

Дозу хлора или хлорной извести определяет по формуле Дхл=0,7[Ре2+], мг/л, а дозу перманганата калия по формуле Дп.м =[Fe2+], мг/л.

В некоторых случаях для быстрого окисления железа(II), даже при низких значениях рН, применяют катализаторы. В качестве таких катализаторов обычно используют дробленый пиролюзит, «черный песок» (песок, покрытый пленкой оксидов марганца, которые образуются в результате разложения 1 %-ного раствора перманганата калия, подщелаченного до рН=8,5...9 водным раствором аммиака) и сульфоуголь, покрытый пленкой оксидов марганца. Для получения последнего сульфоуголь обрабатывают 10%-ным раствором МпС12, а затем через слой образовавшегося Mn-катионита фильтруют 1%-ный раствор КМnО4. Калий вытесняет марганец, который окисляется и осаждается на поверхности угля в виде пленки оксидов марганца. В этих случаях для окисления железа (II) вода должна фильтроваться со скоростью 10 м/ч через слой катализатора толщиной 1 м.

Процесс окисления железа (II) высшими оксидами марганца, которые при этом восстанавливаются до низших ступеней окисления, а затем вновь окисляются растворенным в воде кислородом, описывается уравнениями:

4Fe (HC03)2+3Mn02 + 2Н20 -> 4Fe(ОН)3 + MnO+ Mn203 + 8С02 , ЗМnО + 2KMn04 + Н20 -> 5Mn02 + 2КОН,

ЗМn203 + 2КМn04 + Н20 -> 8Мn02 + 2КОН.

Обезжелезивание воды катионированием допускается применять при необходимости одновременного удаления солей железа и солей, обусловливающих жесткость, и когда в обрабатываемой воде отсутствует кислород.

Обезжелезивание поверхностных вод осуществляют при одновременном осветлении и обесцвечивании. Железо, находящееся в воде в виде коллоидов, тонкодисперсных взвесей и комплексных соединений, удаляется обработкой воды коагулянтами [сульфатом алюминия, хлоридом железа (III) либо смешанным коагулянтом]. Для разрушения комплексных органических соединений железа воду обрабатывают хлором, озоном или перманганатом калия. При использовании железных коагулянтов обеспечивается более полное удаление железа из воды в результате интенсивной адсорбции ионов железа на хлопьях Fe(OH)3. Оптимум адсорбции ионов железа как в случае применения алюминиевых, так и железных коагулянтов лежит в интервале значений рН воды 5,7...7,5. Доза коагулянта устанавливается экспериментально. Технологическая схема обезжелезивания воды методом коагулирования включает реагентное хозяйство, смесители, осветлители и фильтры.