Обезжелезивание

14.1.1 Методы обезжелезивания воды, фильтрующие материалы и реагенты должны быть согласованы с Министерством здравоохранения Республики Беларусь и приниматься на основе результатов технологических изысканий, выполненных непосредственно у источника водоснабжения.

При выборе метода обезжелезивания в качестве основных влияющих факторов необходимо учитывать следующие:

— свойства очищаемой воды (железо общее, железо двухвалентное, рН, рН_s, щелочность, кис­лород, окислительно-восстановительный потенциал, диоксид углерода, аммоний, метан, сероводород, органические вещества);

— свойства очищенной воды (железо общее);

— максимальный, средний и минимальный расходы воды;

— местные условия.

14.1.2 Для удаления железа из подземных вод должны применяться методы, обобщенно представленные двумя группами:

— обогащение кислородом, одно- или двухступенчатое фильтрование через химически инертные и/или щелочные материалы;

— обогащение кислородом, ввод реагентов, коагулирование, отстаивание или осветление в слое взвешенного осадка, а также заключительное фильтрование.

Предварительный выбор технологии и сооружений для обезжелезивания может осуществляться, исходя из приведенных в таблице 14.1 элементов методов.

14.1.3 В процессе технологических изысканий в полупроизводственных условиях непосредственно у источника водоснабжения должны быть установлены:

— метод и состав необходимых сооружений;

— способ аэрации;

— вид фильтрующей загрузки, размер зерен материала загрузки и эффективный диаметр;

— высота слоя загрузки;

— скорость фильтрования;

— продолжительность фильтроцикла;

— длительность периода вработки фильтрующей загрузки;

— вид промывки, ее скорость и продолжительность;

— потери давления при фильтровании;

— свойства шламсодержащих промывных вод и осадка.

При необходимости использования реагентов должны быть установлены их дозы, а также основные параметры работы сооружений, предшествующих фильтрам, — отстойников, осветлителей и др.

Таблица 14.1

14.1.4 Обезжелезивание подземных вод, содержащих железо в двухвалентной форме и не содержащих кислород (или содержащих его в небольших концентрациях), в большинстве случаев следует предусматривать фильтрованием с предварительной аэрацией (упрощенной или интенсивной).

14.1.5 Упрощенную аэрацию с последующим фильтрованием допускается применять при следующих показателях качества воды, поступающей на фильтры:

— содержание железа (общего) — до 10 мг/л, в том числе двухвалентного (Fe²⁺) — не менее 70 %;

— pH — не менее 6,8;

— окислительно-восстановительный потенциал — более 100 мВ;

— щелочность — более 2 ммоль/л;

— содержание сероводорода — не более 0,5 мг/л;

— содержание аммония — до 1,5 мг/л;

— содержание метана — до 0,5 мг/л.

14.1.6 Упрощенная аэрация должна осуществляться изливом воды в карман или центральный канал открытых фильтров из воронки на подающем трубопроводе (высота излива над уровнем воды — 0,5 м
и более). Для увеличения концентрации растворенного кислорода в воде вместо воронки допускается использование перфорированного лотка с круглыми или щелевидными отверстиями и треугольными водо­сливами вдоль верхних образующих и расположенного параллельно одной из сторон фильтра.

Необходимо соблюдать возможно малое время между введением кислорода и поступлением воды в фильтрующую загрузку. При устройстве приемной (входной) камеры фильтров продолжительность пребывания воды в ней должна приниматься не более 3 мин.

При применении напорных фильтров должен предусматриваться ввод воздуха в подающий трубо­провод компрессором или воздуходувкой перед смесителем-оксидатором (расход воздуха — в среднем 2 л на 1 г двухвалентного железа), рассчитываемым на время пребывания воды в нем
от нескольких секунд до 2 мин. Следует применять безмасляные воздуходувные устройства во избежание попадания масла в обрабатываемую воду.

14.1.7 Следует учитывать также наличие в воде, помимо железа, других веществ, на окисление которых расходуется кислород. Предварительный расчет потребного количества кислорода для окисления ингредиентов, содержащихся в воде, следует производить по стехиометрическим данным
(округленным), приведенным в таблице 14.2, и уточнять в процессе технологических исследований.

Таблица 14.2

Следует также учесть, что для эффективного протекания реакции окисления ингредиентов требуется значительный избыток растворенного кислорода по сравнению со стехиометрической удельной потребностью, например для двухвалентного железа — от 0,6 до 1,0 мг/л на 1 мг/л Fe²⁺.

14.1.8 При наличии в воде значительных концентраций аммонийных соединений, сероводорода
и метана вместо упрощенной аэрации следует применять интенсивную аэрацию-дегазацию, что обеспечивает не только более высокую степень обогащения воды кислородом воздуха, но и удаление из нее избытка газов. Для одновременного осуществления аэрации и дегазации воды необходимо преду­сматривать ее дождевание, разбрызгивание с использованием специальных насадок или применение аэраторов-дегазаторов — градирен, каскадных аэраторов и др.

14.1.9 В отдельных случаях, при обосновании, для аэрации воды допускается применение чистого кислорода (поставка в баллонах), что обеспечивает точную дозировку окислителя.

14.1.10 Фильтрующий слой должен быть вработан, т. е. на зернах загрузки должна быть сформирована пленка из гидроксида трехвалентного железа, железобактерий и продуктов их жизнедеятельности, влияющая на процесс окисления железа. Период вработки загрузки, в зависимости от качества воды, составляет от нескольких часов до нескольких суток, в отдельных случаях — до нескольких недель. Для ускорения процесса вработки при пуске обезжелезивающих фильтров в эксплуатацию
к новому фильтрующему материалу допускается добавлять часть вработанного материала из фильтров действующих станций.

Пленка, образованная на зернах фильтрующего материала, обладает адсорбционно-катали­тическими свойствами и существенно ускоряет процесс окисления двухвалентного железа и его задержание фильтрующей загрузкой. Промывка не должна удалять сформировавшуюся пленку.

14.1.11 В качестве фильтрующих загрузок следует применять кварцевый песок, керамзит, антрацит, пемзу, колотый гранитный щебень и другие, относящиеся к инертным, материалы. В зависимости от свойств воды допускается применение щелочных, каталитических, сорбционных или иных материалов, обеспечивающих технологический процесс водоподготовки и разрешенных Министерством здравоохранения Республики Беларусь.

14.1.12 Конструкция фильтров для обезжелезивания подземных вод и их расчет должны приниматься аналогично фильтрам для осветления воды; характеристики фильтрующего слоя, скорость фильтрования и параметры промывки следует принимать на основании результатов технологических исследований. Для предварительных расчетов допускается принимать большие значения скорости фильтрования и высоты слоя фильтрующей загрузки — до 15 м/ч и 2 м соответственно, по сравнению с значениями, приведенными в таблице 8.1. Для напорных фильтров скорость фильтрования допускается до 20 м/ч, а высота слоя фильтрующего материала — до 3 м. В отдельных случаях скорость фильтрования может превышать указанные значения. Ориентировочно скорость фильтрования через кварцевый песок v _ф, м/ч, может быть определена по формуле

(14.1)

где — высота слоя загрузки, м;

— среднее содержание кислорода, мг/л;

c — коэффициент, определяемый по графику на рисунке 14.1;

— средний диаметр зерен материала загрузки, мм;

t — температура воды, °С.

14.1.13 Как правило, следует принимать однослойные фильтры с однородной песчаной загрузкой, отличающиеся стабильностью работы в течение длительного времени.

Для повышения эффективности работы фильтров, увеличения продолжительности фильтроцикла и возможности применения более высоких скоростей фильтрования допускается применять много­слойные фильтры, например двухслойные — с нижним слоем из кварцевого песка и верхним —
из антрацита или керамзита (см. таблицу 8.1) или трехслойные, с использованием антрацита, пиролюзита, кварцевого песка (сверху вниз). При обосновании, допускается использование других материалов и их сочетаний с соблюдением следующих требований:

— крупность зерен материалов слоев должна увеличиваться в направлении снизу вверх;

— плотность материалов должна уменьшаться в этом же направлении;

— взаимное расположение слоев не должно существенно нарушаться в результате промывки.

Рисунок 14.1 — График для определения коэффициента с