Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Малютина Т.В., к.т.н. Бикунова М.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

 

Новый метод обезжелезивания подземных вод, содержащих органические вещества

 

     В настоящее время в Российской Федерации централизованные системы водоснабжения имеют более тысячи городов (99% от общего числа городов) и около двух тысяч поселков городского типа (81%).

     Источниками централизованного водоснабжения служат поверхностные воды, доля которых в общем объеме водозабора составляет 68%, и подземные воды, которые все чаще находят применение в целях водо­снабжения промышленных предприятий и населенных пунктов. Так, в общем объеме воды, подаваемой для нужд промышленного производства, более 30% приходится на долю подземных вод. Актуальным становится использование артезианских вод и для водоснабжения жилых поселков малой этажности (коттеджного типа) из-за их сравнительно высокого каче­ства, так как практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются существенному воздействию вредных ан­тропогенных факторов.

Одной из основных характеристик подземных вод является содержание в них железа. Около 50% подземных вод России имеют содержание железа на уровне до 0,3 мг/л. Эти воды не требуют обезжелезивания и могут быть использованы в системах хозяйственно - питьевого водоснабжения лишь с условием их обеззараживания. Однако, ряд отдельных водоисточников имеют повышенное содержание железа, что придает воде буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей.

     Железо в природных водах встречается в виде ионов Fe (II) и Fe(III), a также в виде органических и неорганических соединений. В подземных водах преобладающей формой существования железа является бикарбонат железа (II), который устойчив только при наличии значительных коли­честв углекислоты и отсутствии растворенного кислорода. Кроме того, железо в подземных водах встречается в виде сульфидов, карбонатов и сульфатов железа (II), комплексных соединений с гуматами и фульвокислотами.

     Для эффективного окисления растворенного железа, находящегося в подземной воде и ее последующей глубокой очистки наиболее экономич­ными являются методы, включающие в себя вакуумно-эжекционную аэра­цию, обработку водовоздушной смеси в электрическом поле с последую­щей очисткой воды на фильтрах с песчаной или  плавающей пенополистирольной за­грузкой.

     При наличии в воде железоорганических комплексов процесс глубо­кой очистки может осуществляться только с использованием реагентных методов. Для сокращения расхода реагентов и, следовательно, эксплуата­ционных расходов при удалении из подземных вод трудноокисляемых форм железа, одним из наиболее перспективных является метод обработки предварительно насыщенной воздухом воды высокоэффективными совре­менными коагулянтами в электрическом поле с использованием дополни­тельных приемов интенсификации процесса реагентной очистки.

Для интенсификации очистки подземных вод, содержащих трудно-окисляемые формы железа, наиболее предпочтительным является приме­нение высокомолекулярных синтетических флокулянтов. Значительное влияние на скорость процесса коагуляции оказывает также рециркуляция ранее образовавшегося осадка в зону смешения воды с коагулянтом.

При напорном пневматическом перемешивании пузырьки газа обра­зуются в пересыщенной жидкости при изменении условий растворимости, связанных с изменением давления.

     Пузырьки воздуха в пневматическом смесителе являются центрами хлопьеобразования в коагулирующей системе, что объясняется, в первую очередь налипанием твердых частиц, а также зародышей твердой фазы продуктов гидролиза коагулянта вследствие самопроизвольного стремления системы к уменьшению энергии.

     Частота прилипания пр твердых частиц к поверхностям пузырьков за единицу времени в расчетном объеме смесителя является функцией коэф­фициента газонасыщения φ , количества nn и размера пузырьков dп, а так­же критерия Кемпа GT, характеризующего степень совершенства смесите­ля, т.е. np=f(φ, nn, ,dn, GT).

     Как показали эксперименты, технология напорного пневматического перемешивания позволяет получить пузырьки газа малого размера (dп=50…200 мкм).

     Что касается воздействия электрического поля, то в большинстве слу­чаев даже при малом напряжении на электродах оно оказывает интенси­фицирующее воздействие на коагуляцию дисперсных примесей воды и продуктов гидролиза коагулянтов [1].

Технология реагентной обработки подземных вод, содержащих трудноокисляемые формы железа, включающая коагулирование, напорное пневматическое перемешивание, воздействие на водовоздушную смесь с раствором коагулянта (полиоксихлорида алюминия) постоянного электрического тока, рециркуляция 18-22% обрабатываемой воды, реализована с использованием электрогидродинамического устройства (ЭГДУ).

В данном устройстве величина критерия Кэмпа, определяемого по формуле

,

где Т – время нахождения водовоздушной смеси в ЭГДУ, с;  ∆р – потери давления при перемешивании, Па; μс – динамический коэффициент вязкости водовоздушной смеси, Па·с,

находится в пределах 1,5·104 - 1,7·104, что позволяет получать высокодиспергированную гидросмесь и обеспечивать высокую скорость образования микрохлопьев, содержащих железоорганические примеси и продукты гидролиза коагулянта.

Удельный расход постоянного тока при обработке водовоздушной смеси рекомендован в пределах 5,0·10-2-8,0·10-2А·ч/м3.

После прохождения ЭГДУ водовоздушная смесь обрабатывается раствором анионного флокулянта AN 945 с дозой 0,15-0,2 мг/л, поступает в контактный резервуар, где выдерживается 20-25 мин и далее фильтруется через загрузку с кварцевым песком со скоростью 4,5-5 м/ч.

Предложенный метод обезжелезивания позволяет в 1,5-1,7 раза снизить дозы коагулянта по сравнению с традиционными методами очистки, включающим обработку водовоздушной смеси в сатураторе, коагулирование и последующее двухступенчатое фильтрование.

 

Литература

1. Гришин Б.М. Теоретическое обоснование использования электрогидродинамических устройств для обработки подземных вод, содержащих органические формы железа / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Т.В. Малютина, А.А. Зебрев // Альманах современной науки образования. №7(85), 2014. – с. 58-61.