Упрощенная аэрация и фильтрование

Этот метод чаще всего используется в безнапорном варианте. Технологическая схема этого метода представлена на рис. 8.3.

Метод основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен в виде каталитической пленки, состоящей из оксида трехвалентного железа FeO₃. Эта пленка образуется в течение трех–пяти суток, считая от начала фильтрования после запуска фильтра в работу. Каталитическая пленка способствует образованию гелеобразного Fe(OН)₃.

Рис. 8.3. Схема упрощенной аэрации и фильтрования:

1 – водозаборная скважина; 2 – артезианский насос; 3 – аэрационная камера, совмещенная с карманом фильтра; 4 – аэрационная воронка; 5 – желоб; 6 – фильтрующая загрузка; 7 – РЧВ; 8 – отстойник периодического действия; 9 – узел обезвоживания осадка; 10 – узел обеззараживания воды; 11 – промывной насос

Данный период называется периодом зарядки загрузки. После завершения зарядки сформировавшаяся каталитическая пленка интенсифицирует процесс окисления железа в присутствии кислорода воздуха и выделения его из воды в виде гидроксида железа, который образует в слое фильтрующей загрузки (в межзерновом поровом пространстве) гелеобразную коллоидную структуру. По мере накопления осадка в загрузке и увеличения проскока железа в фильтрате фильтр останавливается на промывку и промывается обратным током воды. Интенсивность подачи помывочной воды составляет 15–16 л/с·м². Продолжительность промывки 6–7 мин. Грязная промывная воды собирается в емкость для отстаивания в статических условиях. Осветленная вода может использоваться для промывки фильтров либо сбрасывается (в канализацию, в водоем, в овраг и т. п.).

Осадок может быть утилизирован и использован для изготовления железного сурика (для покраски крыш, поверхностей) или отправлен на захоронение.

Метод аэрации с фильтрованием применим при следующих условиях:

- рН ≥ 6,5 (если рН меньше 6,5 – процесс не пойдет);

- содержание сероводорода в воде должно быть ≤ 0,5 мг/л (если его будет больше, то метод не гарантирует удаления сероводорода);

- щелочность воды – более 1,2 мг·экв/л; окисляемость воды до 7 мг/л кислорода. Если окисляемость больше 7 мг/л, то железо будет в органоминеральной форме;

- концентрация железа должна быть не более 10 мг/л.

8.3. Метод "сухого" фильтрования

При использовании реагентных методов и метода упрощенной аэрации и фильтрования в процессе обезжелезивания образуется рыхлый осадок, объемы которого значительны. Осадок имеет влажность 99% (сильно гидротирован), плохо обезвоживается (вода связана и физически, и химически). Кроме того, при этих методах требуется промывка фильтров 1–2 раза в сутки. Область использования этих методов значительно регламентирована, что снижает их практическую ценность. Устранить эти недостатки можно, использовав метод "сухого" фильтрования железосодержащих подземных вод.

Этот метод впервые был использован в Венгрии. В ЛИИЖТе он применяется с 1975 года.

Метод безреагентного обезжелезивания "сухим" фильтрованием заключается в фильтровании подземной воды с большим избытком воздуха через зернистый материал без образования слоя воды над загрузкой.

При таком способе фильтрования вода стекает в загрузку в виде пленки по поверхности зерен, а объем межзернового порового пространства заполнен воздухом. В этом случае фактическая скорость движения воды через зернистый слой в несколько раз превышает расчетную (скорость достигает 50 м/ч). При этом значительно ускоряется поступление железа из воды к поверхности зерна с образованием каталитической пленки из оксидов железа, толщина пленки в ходе процесса увеличивается. Существенно изменяются характер и форма выделения железа из воды – проскока нет, а загрузка зарастает. Осадок, имеющий кремневидную структуру, очень плотный. Грязеемкость загрузки увеличивается в 20…25 раз. Во много раз увеличивается продолжительность фильтроцикла, которая составляет от 8 до 12 месяцев.

Как правило, загрузку после насыщения ее прочно закрепленным на зернах железом не промывают, а заменяют на новую. Концентрация железа в исходной воде может превышать 20 мг/л.

Если фильтрующая загрузка ввиду ее дефицитности подвергается регенерации, то ее осуществляют путем обработки фильтрующей загрузки ингибированной кислотой в течение 1 часа.

Обезжелезивание воды методом "сухого" фильтрования осуществляется чаще всего с использованием напорного фильтра. В качестве фильтрующего материала можно использовать инертные фильтрующие материалы (песок, керамзит, горелые породы, шлаки) и активные, например, магнетитовые кварциты.

Использование активного фильтрующего материала позволяет расширить границы применимости "сухого" фильтрования при обеспечении стандартного качества очищаемой воды. Если при прохождении через инертную фильтрующую загрузку максимальная концентрация железа в исходной воде не должна превышать 10 мг/л, то при фильтровании железосодержащей воды через загрузку из активного фильтрующего материала концентрация железа в воде может составлять до 20 мг/л, причем железо может быть в составе органоминерального комплекса.

Метод обезжелезивания воды "сухим" фильтрованием имеет наилучшую экологическую безопасность. Принципиальная технологическая схема обезжелезивания воды этим методом представлена на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Схема обезжелезивания методом "сухой" фильтрации:

1 – артезианский насос; 2 – артезианская скважина; 3 – смесительное устройство; 4 – напорный фильтр; 5 – резервуар очищенных вод; 6 – насосная станция II подъема; 7 – узел обеззараживания воды; 8 – разбрызгивающее устройство

Основным элементом в технологической схеме является фильтр, т. к. именно в нем проходит весь процесс обезжелезивания воды. Схема фильтра и основные его элементы представлены на рис. 8.5.

Водовоздушная смесь подается под давлением. Вода пленкой стекает по зернам загрузки, а воздух проходит по порам. Чтобы гидравлическое сопротивление фильтра быстро не увеличилось, сначала загружают крупные зерна (слой 4). При повышении уровня воды до перфорированного днища 6 открывается клапан для выпуска воздуха 9. Качество воды, подаваемой на очистку, может иметь следующие показатели: рН должно быть ≥ 6,3; щелочность ≥ 1,3 мг-экв/л; содержание углекислоты НСО₃ ≥ 100 мг/л; сероводорода до 10 мг/л; окисляемость до 10 мг О₂/л, железо до 20 мг/л.

Преимущества этого метода:

- экологически безопасный процесс для окружающей среды;

- достаточно обширная область природных вод, подлежащих обезжелезиванию указанным методом;

- сравнительно низкая себестоимость очистки подземных вод;

- продолжительность фильтроцикла до 10…12 месяцев, после чего загрузка заменяется на новую либо регенерируется.

Рис. 8.5. Схема фильтра:

1 – корпус фильтра; 2 – патрубок для подведения водовоздушной смеси; 3 – разбрызгиватель водовоздушной смеси; 4 и 5 – фильтрующая загрузка из двух слоев: I слой – крупнозернистый (4–2 мм); II слой – мелкозернистый (2–0,8 мм); 6 – перфорированное днище; 7 – патрубок для очищенной воды; 8 – поплавок; 9 – клапан для выпуска воздуха; 10 – днище фильтра