Стадії технологічного процесу роботи станції знезалізнення води баштового типу

Вода, що використовує в технологічних, побутових і питних цілях , повинна бути очищена від з’єднань заліза, марганцю, солей жорсткості і органічних сполук природного походження – гумінових речовин. Подібне комплексне завдання є характерним як для поверхневих вод, зокрема що вже пройшли централізоване очищення, так і для вод з артезіанських джерел.

Запропонована станція знезалізнення питної води монтується на будь-якій існуючій водонапірній башті шляхом її реконструкції й забезпечує очищення води з максимальною продуктивністю 500 мЗ на добу при концентрації заліза в воді, що підлягає очищенню, не більше 15 мг/л.

Технологія очищення включає глибоке насичення води киснем з повітря й затримання осаду заліза, який утворився,  шаром гранульованого завантаження фільтрувально-сорбційної дії. Передбачена регенерація завантаження шляхом його промивки оборотним потоком чистої води й викиду осаду в каналізацію.

Технологічний процес очищення води включає наступні стадії:

СТАДІЯ 1. Механізм аераційного знезалізнення

  • Рівняння аераційного окислення:

4 Fe+2  +  8 HCO-3  +  O2  +  2 H2O  =  4 Fe (OH)3    +  8 CO2

На 1 мг Fe+2 іде 0,143 мг О2

У процесі знезалізнення води фільтруюче завантаження затримує гідроксид заліза Fe (OH)3 та інші включення, накопичуючи їх у вигляді желеподібної речовини, що при подальшому накопиченні спікає окремі зерна завантаження в цілі блоки. Активна поверхня завантаження  зменшується, а опір проходженню води зростає, що і визначає необхідність періодичного  промивання завантаження. Робота фільтру між двома промивками визначається терміном – фільтроцикл. Промивання забезпечує розширення завантаження, вимивання накопичених забруднень і винос їх за межі фільтру. Завантаження після цього, практично, цілком відновлює свої властивості.

СТАДІЯ 2. Потужне окислення підземної води продуктивністю до 20 м3/год

Не дивлячись на переваги атмосферного кисню, іноді, як окислювачі застосовуються інші реагенти, наприклад гіпохлорит натрію. Зазвичай це буває необхідно, якщо залізо і марганець знаходяться в стійкій формі і, використовуючи кисень, не вдається перевести їх в нерозчинний стан.

Деякі органічні домішки з поверхневої води, наприклад гумати, можуть стабілізувати іони заліза і марганцю, утворюючи так звані комплекси. Використовуючи кисень, не вдається перевести їх в нерозчинний стан і відфільтрувати.

У комплексі іон металу – органічна «оболонка»,  яка досить міцно утримується в такому стані координаційними зв’язками, окислювач не має доступу до іону металу і не може окислити його. У такому разі необхідно зруйнувати «оболонку», а для цього застосовують сильніші окислювачі, які окисляють не тільки метали, але і органічні молекули.

Рівняння окислення гіпохлоритом:

2 Fe(HCO3)2 + NaClO + H2O = 2 Fe(OH)3 + 4 CO2 + NaCl

На 1 мг Fe+2 (Mn+2 )  іде 0,64 мг Сl

На 1 мг Mn+2   іде 1,3 мг Сl

Згідно СНиП 2.04.02-84 на компоненти , що окислюються, йде  4-8 мг Cl/ 1 мг

Розрахунок витрат повітря (кисню)

4 Fe(HCO3)2  +  O2  +  2 H2O  =  4 Fe (OH)3    +  8 CO2

З реакції окислення заліза : на 4 молекули заліза  Fe 4 x 55,847= 223,39 у.о припадає одна молекула кисню О2 31,999 у.о, тоді  реакційне співвідношення складає 31,999 : 223,39 =0,143 . Це значить, що на окислення 1 мг /л заліза у воді необхідно 0,143 мг/л кисню.

2Mn(HCO3)2   +   O2   +   2H2O =   2Mn(OH)4   +  4CO2

З реакції окислення марганцю : на 2 молекули марганцю  Mn 2 x 55,938= 111,876 у.о припадає одна молекула кисню О2 31,999 у.о, тоді  реакційне співвідношення складає 31,999 : 111,876 =0,286 . Це значить, що на окислення 1 мг /л марганцю у воді необхідно 0,286 мг/л кисню.

Oxygen Required = Xf · (Fe) + Xm · (Mn) + R

  • Xf – реакційне співвідношення для заліза (0,143 мг/л)
  • (Fe) – концентрація заліза у воді, мг/л
  • Xm – реакційне співвідношення для марганцю (0,286 мг/л)
  • (Mn) – концентрація марганцю у воді, мг/л
  • R – «обов’язковий» кисень у воді = (5.0 – початковий кисень), мг/л

Oxygen Required = 0,1432· (3,3) + 0,2912· (0,28) + (5-0) =5,56 мг/л О2

Dповітря = 1.2047 г/л при 20оC, та Р=1.0 атм. При даних умовах у повітрі 20.95% кисню.

Таким чином кожний літр повітря має у своєму складі:

1.2047 г/л х 0.2095 = 0.2524 г/л (252.4 мг/л) кисню

При розрахунку на продуктивність 20 м3/год (333,33 л / хв.)

(333,33 л / хв.) х (5,56 мг/л О2 )

—————————————-    = 7,34 л/хв. кисню

(252.4 мг/л)

Повітря потрібно в 4 разі більше, тобто 7,34 х 4 = 29,4 л/хв., чи 1764,0 л/год.

Розрахунок інжектора

  • Розрахункова кількість повітря л / хв –
  • Розрахунковий робочий тиск на інжекторі кгс/см2
  • Вихідний робочий тиск на інжекторі кгс/см2
  • Оптимальний перепад тиску на інжекторі кгс/см2
  • Протитиск , зупиняючий інжекцію кгс/см2
  • Продуктивність системи по воді л / год. –
  • Модель інжектора –
  • Різьбові з’єднання –

 

Розрахунок витрат NaClO

Очистка води із застосуванням  аераційного окислення показала можливість отримати після фільтрації воду з вмістом заліза  0,3 мг/дм3, марганцю 0,28 мг/л та окислюваністю 4 мг О2

Кисень повітря не окислює 0,3 мг/дм3 заліза, 0,28 мг/дм3 марганцю та різних домішок – 4 мг О2/дм3.

Теоретичне поглинання водою хлору при цьому орієнтовно складає:

(0,3 мг\дм3 х 0,64 мг\дм3 +0,28мг\дм3 х 1,3 мг/дм3 + 2,0мг/дм3 х 2мг/дм3) х = =4,56 мг\дм3 вільного хлору

За годину: 20 000 дм3 х  4,56 мг\дм3 =91200 мг\год= 91,2 г\год

При концентрації гипохлорита 190 г\дм3

91,2 г\год  :   190 г\ дм3 = 0,48 дм3 \ год,

за добу 11,52л

За місяць 345,6 л NaClO

Підсилююча насосна станція для збільшення та стабілізації тиску при експлуатації засипних фільтрів

СТАДІЯ 3. Знезалізнення 20 м3/год: фільтруючий матеріал на основі породи осадового походження, що складається з суміші мінералів Si, AL, Mg, Ca, Fe. В результаті механіко-хімічної і термохімічної обробки і подальшої хімічної модифікації одержується гранульований, пористий матеріал з розвиненою питомою поверхнею, що містить в порах високодисперсний каталітично активний діоксид марганцю.

СТАДІЯ 4. Сорбція на активному вугіллі 20 м3/год

Поглинання:

  • Хлорорганічних сполук
  • Залишків органічних комплексів
  • Марганцю
  • Залишків заліза
  • Органічних домішок
  • Присмаку
  • Залишків бактерій

СТАДІЯ 5. Хлорування (пост хлорування) дозуванням розчину гіпохлориту натрію до С= 0,3-0,5 мг/дм3

СТАДІЯ 6. Накопичення та поповнення водою водоканалу: В башті накопичується очищена  вода з свердловини з залишковою концентрацією вільного хлору 0,3 мг/дм3. Передбачена можливість подачі води водоканалу для збільшення продуктивності схеми (від 20 м3/год до 40-50 м3/год).

СТАДІЯ 7. Мікрофільтрація 20 – 5 мікрон:

– усунення осадів після накопичення суміші різної води в башті

– підготовка води до кінцевої бактерицидної обробки УФ-опромінюванням

СТАДІЯ 8. Ультрафіолетове опромінення води для гарантії мікробіологічної безпеки та подача в мережу.

Технічні рішення й ноу-хау, використовувані при реконструкції водонапірної башти шляхом монтажу на ній станції знезалізнення, захищені Патентом України № 46663 «Станція знезалізнення води баштового типу».