Удаление из воды марганца. Основные методы и установки

К настоящему времени разработаны и внедрены в практику различные методы очистки воды от марганца.

С по­собы очистки воды от марганца:

1. увеличение окислительно-восстановительного потенциала среды путем при­менения сильных окислителей без корректирования значения рН воды,

2. Повышение значения рН воды при недостаточном окислительно-восстановительном потенциале в случае исполь­зования слабых окислителей;

3. Совместное применение более сильного окислителя и повышение значения рН воды.

Многие из них основаны на окислении присутствующего воде иона марганца (II) до марганца ( III ) и марганца (IV), образующих гидроксиды, растворимость которых при рН>7 мень­ше 0,01 мг/л.

Для этого применяют различные окислители: перманганат калия, озон, хлор и его производные, кислород воздуха. Кроме того, удаление марганца из воды может быть достигнуто с помощью ионного обмена (водород- или натрий-катионированием), при умягчении известковосодовым методом, при фильтровании воды через загрузку из марганцевого цеоли­та, биохимическими и другими методами.

Методы деманганации:

1. Безреагентные(глубокую аэрацию с последую­щим отстаиванием (вариант) и фильтрованием на скорых ос-ветлительных фильтрах с сорбцией марганца на свежеобразо­ванном гидроксиде железа, метод «Виредокс») и реагентные (окислительные с использованием хлора и его про­изводных, озона, перманганата калия, технического кислорода, с использованием щелочных реагентов);

2. окислительные, сорбционные, ионообменные и биохимические.

Удаление марганца методом глубокой аэрации с последую­щим фильтрованием предусмаривает первоначальное извлечение из воды под вакуумом свободной углекислоты (рН повышается до 8... 8,5), которое производится в вакуумно-эжекционном ап­парате с последующим насыщением обрабатываемой воды кисло­родом воздуха в его эжекционной части, ее диспергирование до капельного состояния и фильтрование через зернистую за­грузку. Технологическая схема состоит из скорых осветлительных фильтров, над зеркалом воды которых размещены напор­ные вакуумно-эжекционные аппараты. Метод применим при окисляемости исходной воды до 9,5 мг О₂/л. Подобная техно­логия позволяет успешно решать задачи не только демангана­ции, деферизации, но и дегазации воды.

Удаление марганца из подземных вод может быть достигнуто в пласте при условии достаточно высокого значения рН. При введении в подземный поток воды, содержащей растворенный кислород, или воздуха, технического кислорода достигается окис­ление железа (II) и марганца(II), их соосаждение и задержание в порах водовмещающих пород. На процесс деманганации и деферизации воды по этому методу существенное влияние ока­зывают железо- и марганец-бактерии. Метод экономичный, отно­сительно простой, однако, не всегда обеспечивающий надле­жащую глубину деманганации воды. Считается целесообразным его использование при содержании марганца в подземной воде до 0,5 мг/л и высоком рН.

Наиболее эффективным и технологически простым методом удаления марганца из вод поверхностных и подземных источни­ков в настоящее время является обработка их перманганатом калия. Этот метод может быть применен на очистных комплек­сах любой производительности при любом качестве исходной воды; существенного изменения технологической схемы при этом не происходит.

Использование катализаторов окисления марганца. Установ­лено, что предварительно осажденные на поверхности зерен фильтрующей загрузки оксиды марганца оказывают каталити­ческое влияние на процесс окисления иона марганца(П) раст­воренным в воде кислородом. При фильтровании аэрированной и подщелаченной (при низких ⁽рН) воды, содержащей марганец, через песчаную загрузку по прошествии некоторого времени на поверхности зерен песка образуется слой Мn(ОН)₄, который адсорбирует положительно заряженные ионы марган­ца (II). Это фильтрование ч/з «черный песок». Для этого обычный кварцевый песок крупностью 0,5... 1,2 мм обрабатывают последовательно 0,5%-ным раствором хлорида марганца и перманганата калия.

В практике водоподготовки за рубежом в качестве катали­затора окисления марганца кислородом воздуха или хлором по­лучили распространение соли меди, медно-никелевые сплавы.

Деманганация воды перманганатом калия. Основана на его способности окислять марганец (II) с образованием малораст­воримого оксида марганца:

ЗМп²⁺ + 2МnО₄^- + 2Н₂О → 5MnO₂↓ + 4Н⁺

При обработке воды перманганатом калия снижение привкусов и запахов происходит также вследствие частичной сорбции органических соединений образующимся мелкодисперс­ным хлопьевидным осадком гидроксида марганца. Применение перманганата калия дает возможность удалить из воды как марганец, так и железо независимо от форм их со­держания в воде. Таким образом, перманганат калия, ока­зывая совокупное действие как окислителя, сорбента и вспомо­гательного средства коагуляции, является высокоэффективным реагентом для очистки воды от целого ряда загрязнений, в том числе и от марганца.

На фильтровальных комплексах очистки воды из поверхно­стных источников раствор перманганат калия вводится в воду до коагулирования в смеситель или на насосной станции I подъ­ема. При удалении марганца из подземных вод для увеличения фильтроцикла одновременно с раствором КМпО₄ в обрабаты­ваемую воду рекомендуется вводить активированную кремнекислоту в количестве 3...4 мг/л или флокулянт К-4. В этом случае укрупняются хлопья образующихся при окислении со­единений марганца (IV), которые медленнее проникают в филь­трующую загрузку.

Деманганация воды фильтрованием через модифицирован­ную загрузку. Метод фильтрования аэрированной воды через загрузку, обработанную оксидами марганца, имеет недостаток, заключающийся в постепенном измельчении частиц, образую­щих покрытие зерен загрузки, и проскоке их в фильтрат. Дру­гим недостатком деманганации фильтрованием через «черный песок» является значительный расход перманганата калия. Для исключения указанных недостатков был запатентован метод деманга­нации воды фильтрованием через модифицированную загрузку, приготавливаемую последовательным пропуском снизу вверх через кварцевый песок растворов железного купороса и пер­манганата калия, что позволяет достичь экономии последнего. Для закрепления образующей пленки из гидроксида железа и оксида марганца на зернах фильтрующей загрузки последнюю затем дополнительно обрабатывают тринатрийфосфатом или сульфитом натрия. Обрабатываемая вода фильтруется сверху вниз со скоростью 8... 10 м/ч.

Очистка воды от марганца с использованием сильных окис­лителей. Скорость окисления ионов марганца (II) хлором, озо­ном, оксидом хлора зависит от величины рН среды. Хлор — сильный окислитель, однако эффект окисления им марганца может быть достаточно полным при значениях рН=8...8,5, что чаще всего требует подщелачивания воды.

Эффект окис­ления хлором был намного ниже эффекта окисления кислоро­дом воздуха в присутствии катализатора.

Окисление марган­ца (II) озоном или оксидом хлора (IV) при рН=6,5...7,0 за­вершается в течение 10...15 мин.

Слабый окисли­тель (кислород) в присутствии более сильного (хлора) активи­зируется. Это позволило разработать технологию деманганации воды, сущность которой сводится к глубокой аэрации воды, что влечет за собой повышение рН, обогащение воды кислоро­дом воздуха, окисление железа(II) с образованием гидроксида. Затем в «водяную подушку» фильтра вводится хлор, воздейст­вующий как окислитель и как катализатор окислительного действия растворенного кислорода. В результате в поровом пространстве фильтрующей загрузки формируется гидроксид железа (III), на поверхности которого адсорбируется, а затем окисляется марганец(II). Образующийся оксид марганца (IV) также катализирует процесс окисления марганца(II).

Процесс деманганации воды зависит от ее температуры, РН окисляемости, присутствия силикатов, соотношения Fe(II)/Mn(II).

Очистку вод, содержащих одновременно большое количество железа(II) и марганца(II), предлагается произ­водить в две стадии (рис. 17.8): на первой осуществляется оки­сление железа(II) и выделение его из воды, на второй — оки­сление марганца(II) озоном, коагулирование, отстаивание и фильтрование. Очевидно, что известная громоздкость этой техно­логической схемы может быть оправдана лишь для водопроводов большой производительности, в основном при заборе воды из поверхностных источников.

Несмотря на свою высокую эффек­тивность, озон используют редко из-за высокой стоимости сложности эксплуатации озонаторных установок.

Оксид хлора СlO₂ также является сильным окислителем, однако, использование этого реагента затруднено из-за необхо­димости применения сложных в строительстве и эксплуатации установок, что особенно невыгодно на сооружениях очистки под­земных вод небольшой производительности, которые составля­ют большинство.

Удаление марганца(П) и железа (II) из воды методом ион­ного обмена. Это происходит как при натрий-, так и при водород-катионировании при фильтровании воды через катионитовую загрузку в ходе умягчения. Метод целесообразно применять при необходимости одновременного глубокого умягчения воды и освобождения ее от железа(II) и марганца (II).

Биохимический метод удаления марганца. Заключается в высевании на зернах загрузки фильтра марганцепотребляющих бактерий и последующем фильтровании обра­батываемой воды. Эти бактерии поглощают марганец из воды в процессе жизнедеятельности, а отмирая, образуют на зернах песка пористую массу, содержащую большое количество окси­да марганца, служащего катализатором окисления марган­ца (II). При скорости фильтрования до 22 м/ч фильтры полно­стью удаляют из воды марганец.

Исследования биологических и биохимических методов очи­стки воды от марганца продолжаются. Предло­жен метод удаления марганца на биофильтрах и скорых обыч­ных фильтрах.

Д ля деманганации подземных вод наибольший интерес представляют: метод сорбции на гидроксиде железа(III), фильтрование через модифицированною загрузку и биохимический метод.

43. Общие вопросы проектирования водоочистных комплексов. Компоновочные решения. Вспомогательные помещения. Разработка генеральных планов.

Основы выбора технологической схемы, сооружений и реагентов.

Полный расход воды, поступающей на комплекс водоподготовки Q_n, определяют с учетом расхода воды на его собствен­ные нужды (приготовление пульпы, растворов и суспензий реа­гентов, продувка осветлителей или отстойников, удаление пе­ны из флотаторов, промывка фильтровальных сооружений и резервуаров фильтрованной воды и др.) и дополнительного расхода воды на восполнение противопожарного запаса Q_дon. Следовательно, полный расход воды, поступающей на водоочи­стной комплекс, будет равен

Q_п==аQ_{макс.сут.} + Q_доп., где a — коэффициент, с помощью которого определяют рас­ход воды на собственные нужды комплекса (для комплексов осветления и обесцвечивания, обезжелезивания, сорбционного обесфторивания при обороте промывной воды—1,03... 1,04; без повторного использования — 1,1... 1,14; для установок умягче­ния воды — 1,2... 1,3).

Дополнительный расход воды на восполнение противопожар­ного запаса равен

Q=3,6nq_пожT_пожT_вос.,

где п — число одновременных пожаров; q_nom — норма расхо­да воды при пожаре по СНиПу, л/с; Т_пож=3 — расчетная про­должительность пожара, ч; Т_вос — период восстановления по­жарного запаса, ч (для городов и предприятий категории А, Б, В — 24 ч, для предприятий категорий Г, Д — 36 ч, для сель­ских населенных пунктов — 72 ч).

При проектировании водоочистных комплексов их коммуни­кации необходимо рассчитывать на возможность пропуска рас­хода воды на 30% больше расчетного, руководствуясь сообра­жениями, интенсификации или реконструкции водоочистных со­оружений.

Состав водоочистных сооружений зависит от качества во­ды в источнике водоснабжения, требований, предъявляемых к обработанной воде, которые обусловлены регламентами потре­бителя, и от производительности установки. При подготовке воды питьевого качества состав водоочистных сооружений на­значается по СНиПу, а при подготовке воды для технологиче­ских нужд — в соответствии с требованиями технологии. Технологические схемы составлены, исходя из оптимальных режимов эксплуатации отдельных водоочист­ных сооружений и с учетом технико-экономических показателей их работы.

Высотная схема и планировка водоочистных сооружений.

На крупных водоочистных комплексах обрабатываемая вода от сооружения к сооружению передается самотеком. По­этому важно знать взаимное высотное расположение отдель­ных элементов технологической схемы. Это достигается по­строением высотной схемы (рис. 18.1) продольного профиля по воде в произвольном масштабе, на котором показывают все основные и вспомогательные сооружения и аппараты и про­ставляют отметки уровней воды в каждом сооружении и от­метки дна сооружений. При составлении высотной схемы не­обходимо обеспечить условия самотечного движения воды от контактной камеры или смесителя до резервуара чистой воды при одновременном соблюдении требований удобства эксплуа­тации. Для этого прежде всего необходимо знать максимально возможные потери напора во всех водоочистных сооружениях технологической схемы, потери напора в коммуникациях между сооружениями и потери напора в измерительной аппаратуре(по СНиПу).

При проектировании высотной схемы максимальную отмет­ку уровня воды в резервуаре чистой воды назначают на 0,25......0,5 м выше поверхности земли и принимают как исходную минимальную. Далее путем последовательного суммирования потерь напора определяют отметки уровней воды в остальных сооружениях.

Помимо профиля по воде при составлении высотной схемы необходимо определить высоту отдельных сооружений и отмет­ки их дна по отношению к поверхности земли. При привязке очистных сооружений и проектировании высотной схемы необ­ходимо учитывать рельеф площадки очистных сооружений, глубину залегания грунтовых вод, максимальный уровень воды в водоеме в период паводка, возможность самотечного отвода сточных вод и осадков с очистных сооружений, условия произ­водства строительно-монтажных работ и их объем, условия работы насосов насосной станции II подъема. Отметки днищ "водоочистных сооружений должны назначаться с соблюдением условия минимального объема земляных и бетонных работ и наиболее благоприятных условий производства работ.

На территории водоочистных комплексов, т. е. в санитарной зоне строгого режима, помимо основных технологических сооружений размещают все вспомогательные помещения (склады реагентов и фильтрующих материалов, мастерские, лаборато­рии, диспетчерские и др.). Склады реагентов, кроме хлора и аммиака, должны располагаться вплотную к реагентному це­ху, где находятся аппараты для приготовления их растворов и суспензии. Площадь складов реагентов рассчиты­вают на хранение 15... 30-дневного запаса в зависимости от продолжительности паводка и местных условий их доставки.

В зависимости от вида реагента и производительности ком­плекса предусматривают его сухое или мокрое хранение в ви­де концентрированных растворов или продуктов, залитых во­дой. Хранение реагентов в сухом виде осуществляют в закрытых складах навалом или в таре. Фторсодержащие реагенты и полиакриламид хранят в таре. На крупных водоочистных комплексах раствор коагулянта концентрацией 15... 20% хранят в баках-хранилищах без перемешивания. Количество баков должно быть не менее четырех. При числе баков до десяти следует предусматривать один резервный.

При сухом хранении извести предусматривают дробилки и известегасилки, при мокром хранении — резервуары-хранили­ща и устройства для отбора, транспортировки теста и его гид­равлического или механического перемешивания при приготов­лении известкового молока.

Проектирование складов аммиака и хлора, а также складов для хранения кислот должно производиться согласно Санитар­ным правилам проектирования, оборудования и содержания складов для хранения сильнодействующих ядовитых веществ. На крупных водоочистных комплексах предусматривают песковое хозяйство для хранения, сортировки, промывки и транс­портирования материалов, необходимых для периодической до­грузки и перегрузки фильтровальных аппаратов. Загрузку филь­трующим материалом фильтров следует производить с помощью песковых или водоструйных насосов при скорости движения пульпы 1,2... 2 м/с.

Для надежной организации работы водоочистного комплек­са в его составе необходимо предусматривать лаборатории, ма­стерские и другие вспомогательные помещения согласно СНиПу. Диспетчерский пункт цеха водоочистки обычно устраи­вают совмещенным с пунктом управления насосными станция­ми I и II подъема.

Основополагающими при решении генплана водоочистного комплекса помимо географических, топографических и геологи­ческих условий являются его производительность и состав во­доочистных сооружений. На генплане показывают блок основ­ных водоочистных сооружений, служебный корпус, реагентное хозяйство, башню промывной воды, сооружения обработки осадка, НС II подъема, хлораторную со складом хлора, резер­вуары чистой воды, котельную, место песковой площадки.

Компактное взаимное расположение отдельных водоочистных сооружений, вспомогательных помещений и оборудования на генплане комплекса должно предусматривать минимальные ка­питаловложения в строительство, обеспечивать максимальные удобства и экономичность эксплуатации, минимальную протя­женность трубопроводов и дорожных покрытий между ними, удобство производства ремонтных работ, надежность и беспе­ребойность работы комплекса, возможность планомерного рас­ширения при росте водопотребления.

На рациональное решение генерального плана водоочистно­го комплекса доминирующее влияние оказывает рельеф мест­ности. Так, в целях уменьшения объема земляных работ по выемке грунта и обсыпке отдельных сооружений рекомендует­ся располагать в повышенных местах сооружения с высокими отметками заложения фундамента, а с малыми — в пони­женных. Все основные и вспомогательные сооружения жела­тельно располагать в виде единого комплекса, обра­зуемого трех-, двух-, и одноэтажными зданиями. При компоновке сооружений большой произ­водительности (более 100 тыс. м³/сут) предусматривают отдель­ные здания для реагентного хозяйства входных устройств, со­оружений предварительной обработки воды и фильтров и т. п. с разрывами между ними порядка 20 м, соединяемых галерея­ми с основным зданием.

При подаче до 5 тыс. м³/сут основные соору­жения, реагентное хозяйство, служебные помещения и НС II подъема размещают в одном блоке.

Во всех рассмотренных случаях хлораторная совмещена со складом и находится в отдельно стоящем здании; сооружения оборота промывной воды и сооружения обработки осадка раз­мещены в пониженной части территории: промывка фильтров от промывной башни.

При производительности 50 тыс. м³/сут и более служебные помещения и реагентное хозяйство размещают в самостоятельных корпусах, соединяемых гелереями с основным корпусом водоочистных сооружений.

Отвод промывных вод и осадка обеспечива­ются самотеком. В составе сооружений повторного использования промывной воды помимо резервуара-усреднителя предусматривается песколовка и насосы возврата осветленной воды и перекачки осадка.

В составе сооружений обработки осадка — осветлителей (отстойников) предусмотрены резервуар приема осадка, осадкоуплотнитель с устройством медленного перемешивания, ем­кость сгущенного осадка и его механического обезвоживания, насосное отделение.

Сооружение открытых отстойников и осветлителей вне зда­ний возможно в климатических регионах, где толщина обра­зующегося на поверхности воды зимой льда не превышает 75 мм. Расположение вне зданий осветлительных и катионитовых фильтров допускается при условии, что в течение фильтроцикла на поверхности воды образуется слой льда толщиной не более 15 мм. Галереи трубопроводов необходимо утеплять. От­крытые сооружения возможно применять при кондиционирова­нии подземных вод с температурой не ниже +5°С, если сред­няя температура воздуха не ниже —5°С и наиболее холодной пятидневки не ниже —17 °С.

На генеральный план водоочистного комплекса наносят все технологические, обслуживающие и подсобные сооружения, пе­речисленные выше, и кроме того, понизительную электропод­станцию, материальный склад, песковое хозяйство, котельную, мастерские, проходную. Хлораторную, совмещенную со складом хлора, размещают в наиболее низкой части территории водо­очистного комплекса на расстоянии не менее 30 м от зданий. Если сооружения размещены в здании, то на генплане показы­вается само здание с примыкающими к нему коммуникациями. Территории, где размещены водоочистные сооружения, ограж­дается с соблюдением требований СНиПа.

Надежность работы водоочистного комплекса обеспечивает­ся дублированием отдельных технологических сооружений и устройством обводных линий, позволяющих отключать то или иное сооружение или блок, пропуская воду в обход. Для комплексов с подачей 10тыс м3/сут возможно отключение половины технологических сооружений, а для комплексов большей мощности — до четверти. Кроме того, не­обходимо предусматривать обводную линию от НС I подъема непосредственно в резервуары чистой воды.

На генплане должны быть показаны с указанием диаметров трубопроводы исходной и фильтрованной воды; трубопроводы подачи, отвода и оборота промывной воды; промышленная и хозяйственно-бытовая канализация, хозяйственно-противопо­жарный водопровод, отводной трубопровод, теплосеть, кабели и другие коммуникации.

При решении генплана водоочистного комплекса необходимо предусматривать возможность его расширения на расчетный период. Каналы и трубы обвязки сооружений должны быть рассчитаны с запасом на возмож­ность пропуска воды после реконструкции отдельных водоочи­стных сооружений или целых блоков.

При проектировании генерального плана водоочистного ком­плекса необходимо предусматривать минимальную протяжен­ность путей перемещения реагентов; максимально возможную механизацию погрузочно-разгрузочных работ и смены загрузки фильтровальных аппаратов; маневренность эксплуатации как отдельных технологических сооружений, так и целых блоков.

Планировка территории комплекса должна обеспечивать отвод атмосферных осадков от всех технологических сооружений, отдельных; зданий и с площадки последних. На территории ком­плекса помимо дорог предусматривают устройство тротуаров и озеленение.

Поиск по сайту: