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.