Обезжелезивание природных вод

где К1 — воздушно-водяное отношение. Остальные обозначения см. к формуле (17.1).

Метод упрощенной аэрации с двухступенчатым фильтрованием (рис. 17.3, в) предпочтительно применять в напорном варианте. Сущность процесса аналогичная описанной выше. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фи

льтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, адсорбция соединений железа на ее поверхности происходит в мономолекулярном слое, т. е. имеет место физическая адсорбция, обусловленная силами притяжения между молекулами адсорбата и адсорбента (поверхность твердого тела — адсорбента насыщается молекулами адсорбата). После образования мономолекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, усиливается вследствие того, что образовавшийся монослой химически более активен, чем чистая поверхность песка. Электронно-микроскопические исследования пленки показали, что она состоит из шаровых молекул гидроксида железа и других соединений, как железа(III), так и железа(II). Количество связанной воды в пленке достигает 20%. Величина истинной поверхности пленки составляет не менее 200 м2/г.

Адсорбционные свойства пленки из соединений железа на зернах фильтрующей загрузки, высокая ее удельная поверхность и наличие большого количества связанной воды позволяют сделать вывод, что пленка представляет собой очень сильный адсорбент губчатой структуры. Одновременно, пленка является катализатором окисления поступающего в загрузку железа(II). В связи с этим эффект очистки воды зернистым слоем несравненно выше, чем это могло быть в гомогенной среде.

Для катализатора такого типа некоторые вещества, находящиеся в воде (аммиак, сероводород, свободная углекислота, коллоидная кремнекислота), являются «ядами». Молекулы этих веществ имеют по паре свободных электронов, которые могут участвовать в образовании ковалентных связей с поверхностью катализатора, что при значительных концентрациях этих соединений приводит к понижению его активности.

Процесс описывается следующим уравнением:

где Feост и FeH — соответственно содержание железа в фильтрате фильтра II ступени и в обрабатываемой воде, мг/л; h1 и h2 — соответственно высоты слоев фильтрующей загрузки на фильтрах I и II ступеней; v1 и i>2 — соответственно скорости фильтрования на фильтрах I и II ступеней.

Метод фильтрования на каркасных фильтрах следует применять для обезжелезивания воды на установках производительностью до 1000 м3/сут. Сущность обезжелезивания воды по рассматриваемому методу заключается в том, что железо (II) после окисления переходит в осаждающееся железо(III). Гидроксид железа, формирующийся в нижней части аппарата, намывается на патрон. При этом в начале процесса решающую роль играет различие в зарядах керамического патрона, хлопьев гидроксида железа и ионов железа (II). Нарастающий на патроне слой гидроксида железа служит контактным материалом для новых постоянно намываемых агрегатов, при этом происходят как физические, так и химические процессы. Патрон служит только опорным каскадом для фильтрующего слоя гидроксида железа.

При обезжелезивании природных вод на патронных фильтрах .первой стадии процесса является фильтрование с постепенным закупориванием пор фильтрующей перегородки. Эта стадия заканчивается по достижении определенного соотношения объема твердых частиц, задержанных в порах, к объему самих пор, после чего наступает вторая стадия — фильтрование с образованием первоначального слоя осадка. На этом заканчивается процесс зарядки фильтра и начинается фильтрование с целью обезжелезивания воды.

Формулы (17.4) и (17.5) позволяют определять количество фильтрата Q, м3/ч, получаемого с 1 м2 фильтрующей поверхности и скорость фильтрования v, м/ч:

Q= 100(37,3—4,8υ—3,5) [FeH] + 0,27 [FeH]2 — l,67υ[Fe]; (17.4)

υ= 1 — 0,062[FeB] — 0,003[FeH]2 (17.5)

По Г.И. Николадзе продолжительность фильтроцикла можно определить из выражения

где Δр — перепад давления при фильтровании; mт — масса твердой фазы, задерживаемой фильтрующим каркасом при получении единицы объема фильтрата; [FeH] — содержание железа в обрабатываемой воде.

Сущность метода аэрации с использованием вакуумно-эжекционных аппаратов (рис. 17,5) заключается в окислении кислородом воздуха железа(II) в окисное с образованием коллоида гидроксида железа, его коагулировании при рН=6,8 .7 и выделении в осадок в виде бурых хлопьев. При контакте воды, содержащей железо(II), с воздухом кислород растворяется в воде, окислительный потенциал системы повышается, и если при этом создать условия для удаления части растворенной углекислоты, то рН системы возрастет до значения, обеспечивающего при данном окислительном потенциале выпадение в осадок гидроксида железа(III).

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.

 Скачать реферат