Меню Рубрики

Установки для деманганации воды

Установка деманганации

Наиболее распространенными веществами, избыточное содержание которых в пресных и подземных водах делает их непригодными для использования в коммунальном хозяйстве, на производстве, в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве, являются соединения железа, марганца, фтора, стронция, кремнекислоты и др.

В настоящее время, разработаны и внедрены в практику различные методы и установки очистки воды от марганца. Многие из них основаны на окислении присутствующего в 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 подземных вод 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 очистки воды от марганца.

Наиболее эффективным и технологически простым методом очистки воды от марганца из поверхностных и подземных источников в настоящее время является предварительная обработка их гипохлоритом натрия с последующей аэрацией и фильтрованием. При фильтровании происходят следующие процессы. Поверхность фильтрующей загрузки (в частности песка) при рН

7 на установках имеет малый электрический отрицательный заряд и поэтому обладает слабыми сорбционными свойствами по отношению к ионам марганца (II) и железа (II) г имеющими положительный заряд. С ростом рН эти свойства усиливаются. В процессе очистка воды от марганца, при фильтровании через песок, сначала происходит адсорбция ионов железа (II) и марганца (II) поверхностью его зерен. Под действием растворенного в воде кислорода ион железа (II) окисляется до железа (III), который, гидролизуясь, образует на поверхности зерен загрузки качественно новый сорбент, состоящий из соединений железа, который и сорбирует ионы марганца (II).

Достоинством этого метода очистки, является возможность удаления марганца из подземных вод, в которых он присутствует совместно с железом, но и из вод, где железо отсутствует. Этот метод может быть применен на очистных комплексах любой производительности при любом качестве исходной воды; существенного изменения технологической схемы при этом не происходит. На удаление 1 мг Mn(II) расходуется 1,2 мг гипохлорита натрия.

Очистка воды от марганца может быть достигнута 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.

Из сказанного следует, что для очистки воды от марганца наибольший интерес представляет метод фильтрование через модифицированию загрузку. Наша компания готова предложить установки очистки воды от марганца и железа, известные под торговым знаком «ДЕФЕРРИТ». Отличительной особенностью метода, применяемого в данных установках, является возможность реализации процессов обезжелезивания и деманганации в одном технологическом цикле при одноступенчатой фильтрации обработанной воды в фильтре.

источник

Обезжелезивание и деманганация воды

Под обезжелезиванием , или деферризацией, понимают процесс извлечения из под­земных и поверхностных вод железа, присутствующего в воде в виде сложных органи­ческих и минеральных соединений, растворов двухвалентного железа, карбонатов и би­карбонатов железа, коллоидных и тонкодисперсных взвесей гидроксидов и сульфитов железа и т.д.

Повышенное содержание соединений железа в природной воде в концентрациях, превышающих нормативные, делает ее не пригодной для питья и использования в тех­нологических процессах отдельных производств текстильной, химической, целлюлоз­но-бумажной и других отраслей промышленности.

Методы обезжелезивания в практике водоподготовки представлены двумя группа­ми: безреагентные и реагентные.

Выбор того или иного метода обработки природной воды, содержащей соединения железа, зависит от их количества и формы существования , качественного состава воды и производительности очистных сооружений (установок).

Обезжелезивание поверхностных вод осуществляют в основном реагентными ме­тодами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получи­ли безреагентные методы обработки.

В состав большинства станций (установок) обезжелезивания , работающих в безреагентном или реагентом режиме, входят: аэрационные устройства; оборудование для подачи сжатого воздуха и обеззараживания воды; в отдельных случаях — отстойники с тонкослойными модулями или осветлители со взвешенным осадком; скорые фильтры.

К аэрационным устройствам, предназначенным для насыщения воды кислородом, удаления части свободной углекислоты, частичного окисления двухвалентного железа в трехвалентное, относятся вакуумно-эжекционные аппараты, градирни, брызгальные бассейны, баки-аэраторы.

Диаграмма Пурбе для железа

Расчет аэрационных устройств производят в зависимости от способа осуществле­ния аэрации (подача воздуха во всасывающий патрубок насоса; свободный излив воды с определенной высоты; инжекция или нагнетание воздуха в воду компрессором; раз­брызгивание воды в воздухе в вакуумно-эжекционном аппарате и т.д.).

Вакуумно-эжекционный аппарат состоит из вакуумной камеры, обеспечивающей повышение величины pH воды путем мгновенного удаления свободной углекислоты и сероводорода, и коаксиально прикрепленных к ней эжекционных камер смешения. Вну­три вакуумной камеры находится конически сходящийся насадок, переходящий в наса­док Вентури.

Читайте также:  Установка замка для бус

Расчет вакуумно-эжекционного аппарата производится по схеме, заключается в определении следующих параметров: глубины вакуума в вакуумной камере, размеров насадка Вентури, производительности вакуумно-эжекци­онного аппарата, размеров вакуумной камеры и эжекционных камер смешения.

Глубина вакуума В принимается в пределах 0,05-0,1 МПа в зависимости от содержа­ния в исходной воде свободной двуокиси углерода и сероводорода. Меньшее значение глу­бины вакуума принимается для верхних пределов содержания указанных газов , и наоборот. Промежуточные значения В определяются интерполяцией.

Производительность, м 3 /с, вакуумно-эжекционного аппарата рассчитывается по формуле

где μкн, μнв — коэффициенты расхода соответственно конически сходящегося насадка и насадка Вентури ; w — площадь поперечного сечения насадка Вентури, м 2 ; g — ускорение свободного падения, м/с 2 ; Н- напор, м.

Схемы установок обезжелезивания природных вод

а — «сухая» фильтрация; б — упрощенная аэрация (установка «Деферрит»); в — упрощенная аэра­ция с двухступенчатым фильтрованием; г — вакуумно-эжекционная аэрация и фильтрование; д — обезжелезивание в пласте, е — известкование (установка «Струя»); 1 и 4 — подача исходной и отвод обработанной воды; 2 — вакуумно-эжекционный аппарат; 3- скорый каркасно-засыпной фильтр; 5 — бак-аэратор; 6- реагентное хозяйство; 7 — насос-дозатор; 8 — насос; 9 — ресивер; 10- скорый фильтр; 11- ввод хлора (вариант); 12- бактерицидная установка; 13 — компрессор; 14 — скорый фильтр II ступени; 15 — водонапорная башня; 16 — сброс воздуха; 17 — трубчатый сме­ситель; 18 — камера хлопьеобразования; 19 — тонкослойный отстойник; 20 — вспомогательный ко­лодец; 21 — подача воды на аэрацию; 22 — зона аэрации; 23 — аэрационное устройство; 24 — коль­цевой инфильтрационный бассейн; 25 — эксплуатационный колодец.

Высотная схема обезжелезивающей установки с контактной градирней

1 — контактная градирня; 2 — контактный резервуар; 3 — скорый фильтр; 4 — резервуар чистой во­ды; 5 — трубопровод, подающий исходную воду из скважин; 6 — трубопровод, подающий воду из градирни в контактный резервуар; 7 — трубопровод, подающий воду из контактного резервуара на фильтр; 8 — трубопровод, отводящий фильтрованную воду; 9 — промывной насос; 10 — трубопро­вод, подающий промывную воду; 11 — насосы II подъема; 12 — трубопровод, подающий воду по­требителям.

Схема установки для обезжелезивания воды с вентиляторной градирней

1 — вентиляторная градирня; 2- вентилятор; 3 — резервуар; 4- насос; 5 — напорный фильтр.

Необходимую площадь поверхности загружаемого насадка, м 2 , определяют по фор­муле

где Сmax — суммарное расчетное количество свободной углекислоты, подлежащей удале­нию, мг/л; Conm — содержание свободной углекислоты, соответствующее оптимальному значению pH = 7,0 при данной щелочности воды, мг/л; Кж — коэффициент десорбции, м/ч, принимаемый по графику.

Производительность вентилятора, подающего воздух в вентиляторную градирню в направлении, противоположном потоку движущейся воды, определяют по часовой про­изводительности обезжелезивающей установки Qч и расходу воздуха на 1 м 3 аэрируе­мой воды, принимаемому 10-12 м 3 .

Брызгальные бассейны, в которых аэрирование воды происходит за счет ее фонтанирования, применяются при благоприятных климатических условиях или в случаях, когда значительное содержание железа в воде или ее высокая окисляемость требуют больших объемов контактных резервуаров.

Схема установки для обезжелезивания воды с брызгальным бассейном

1 — насос; 2 — брызгальный бассейн; 3 — разбрызгивающие насадки; 4 — кон­тактный резервуар; 5 — фильтр.

Брызгальные бассейны проектируют из расчета интенсивности орошения, равной 5 м 3 /ч на 1 м 2 площади бассейна, и обеспечения напора воды перед соплами не менее 15 м. вод. ст.

При использовании в технологической схеме обезжелезивания бака-аэратора его рассчитывают на пребывание воды 0,5-1 мин. Скорость излива воды из насадки через отражатель принимается равной 1,5-2,0 м/с. Бак оборудуется трубопроводами подачи и отвода исходной воды, перелива и полного опорожнения.

При упрощенной аэрации обогащение воды кислородом воздуха предусмотрено за счет излива ее в карман открытого фильтра с высоты 0,5- 1,0 м или путем подачи сжато­го воздуха в трубопровод перед напорными фильтрами в количестве 2 , 0 — 2 ,5 л на 1 г со­держащегося в воде двухвалентного железа.

В технологических схемах обезжелезивания воды, реализующих реагентные мето­ды , применяются следующие реагенты: хлор, хлорная известь, перманганат калия, озон, известь и сода.

Расчет устройств и подбор оборудования для приготовления и дозирования рабо­чих растворов хлора и хлорной извести производится в соответствии с рекомендация­ми.

Концентрацию раствора ориентировочно принимают в пределах 20-30% раствори­мости КМn0 4 при данной температуре

График растворимости в воде перманганата калия

Для более точного дозирования в производственных условиях концентрацию рабо­чего раствора КМп0 4 определяют после приготовления каждой порции по объему по­шедшего на титрование раствора КМn0 4 по формулам

где G — масса засыпанного в бак КМn04, г; W- полезная емкость бака, л; b — объем раство­ра КМn04, пошедшего на титрование, мл; 31,6 — содержание КМn0 4 в 1 н. растворе, г/л.

Установка для биохимической деманганации воды

1 — подача исходной воды; 2 — реактор биохимического окисления; 3 — устройство для приготовле­ния раствора триполифосфата натрия; 4 — воздуходувка; 5 — скорый фильтр; 6 — отвод фильтрата.

Устройства для перемешивания рабочего раствора рассчитывают по интенсивнос­ти подачи воздуха, равной 4-5 л/с*м 2 . Продолжительность перемешивания при этом со­ставляет в горячей воде — 2-3 часа, в холодной — 4-5 часов.

Читайте также:  Установка принтера на чпу

Площадь склада КМn0 4 определяют по суточной потребности в реагенте, необхо­димости хранения месячного запаса и условий разовой поставки.

источник

Водоподготовка от А до Я

Деманганация воды

Марганец присутствует в земной коре в большом количестве и обычно встречается вместе с железом. Содержание растворенного марганца в подземных и поверхностных водах, бедных кислородом, достигает нескольких мг/л. Российские санитарные нормы ограничивают уровень предельно допустимого содержания марганца в воде хозяйственно-питьевого назначения значением 0,1 мг/л. В некоторых странах Европы требования жестче: не более 0,05 мг/л. Если содержание марганца больше этих значений, ухудшаются органолептические свойства воды. При значениях марганца больше 0,1 мг/л появляются пятна на санитарно-технических изделиях, а также нежелательный привкус воды. На внутренних стенках трубопроводов образуется осадок, который отслаивается в виде черной пленки.

Химизм процесса демаганации

В подземных водах марганец находится в виде хорошо растворимых солей в двухвалентном состоянии (Mn2+). Для удаления марганца из воды его необходимо перевести в нерастворимое состояние окислением в трех- и четырехвалентную форму (Mn3+ и Mn4+). Окисленные формы марганца гидролизуются с образованием практически нерастворимых гидроксидов Mn(OH)3 и Mn(OH)4. Последний при осаждении на зернистой загрузке фильтра проявляет каталитические свойства, то есть ускоряет процесс окисления двухвалентного марганца растворенным кислородом. Для эффективного окисления марганца кислородом необходимо, чтобы значение рН очищаемой воды было на уровне 9,5–10,0. Перманганат калия, хлор или его производные (гипохлорит натрия), озон позволяют вести процесса демаганации при меньших значениях рН, равных 8,0 – 8,5. Для окисления 1 мг растворенного марганца нужно 0,291 мг кислорода.

Методы деманганации

Глубокая аэрация с последующим фильтрованием

На первом этапе очистки из воды под вакуумом извлекают свободную углекислоту, что способствует повышению значения рН до 8,0 – 8,5. Для этой цели используют вакуумноэжекционный аппарат, при этом в его эжекционной части происходят диспергирование воды и ее насыщение кислородом воздуха. Далее вода направляется на фильтрацию через зернистую загрузку, например, кварцевый песок. Этот метод очистки применим при перманганатной окисляемости исходной воды не более 9,5 мгО2/л. В воде обязательно присутствие двухвалентного железа, при окислении которого образуется гидроксид железа, адсорбирующий Mn2+ и каталитически его окисляющий. Соотношение концентраций [Fe2+ ] / [Mn2+ ] не должно быть менее 7/1. Если в исходной воде такое соотношение не выполняется, то в воду дополнительно дозируют сульфат железа (железный купорос).

Деманганация перманганатом калия

Метод применим как для поверхностных, так и для подземных вод. При введении в воду перманганата калия растворенный марганец окисляется с образованием малорастворимого оксида марганца согласно следующему уравнению:

3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O = 5MnO2↓ + 4H+ (1)

Осадок представляет собою смесь MnO2 · 2H2O и Mn(OH)4.

Осажденный оксид марганца в виде хлопьев имеет высокую развитую удельную поверхность – примерно 300 м2 на 1 г осадка, что определяет его высокие сорбционные свойства. Осадок – хороший катализатор, позволяющий вести демангацию при рН = 8,5.

В соответствии с уравнением (1) для удаления 1 мг Mn2+ требуется 1,92 мг перманганата калия. Как уже отмечалось, перманганат калия обеспечивает удаление из воды не только марганца, но и железа в различных формах. Также удаляются запахи и за счет сорбционных свойств улучшаются вкусовые качества воды.

Практические данные по удалению марганца с помощью перманганата калия показывают, что доза его должна составлять 2 мг на каждый мг марганца, при этом окисляется до 97% Mn2+.

После перманганата калия вводят коагулянт для удаления продуктов окисления и взвешенных веществ и далее фильтруют на песчаной загрузке. При очистке от марганца подземных вод параллельно с перманганатом калия вводят активированную кремниевую кислоту из расчета 3–4 мг/л или флокулянты. Это позволяет укрупнить хлопья оксида марганца.

Каталитическое окисление марганца

Как и в процессах очистки от железа, так и при деманганации предварительное осаждение оксидов марганца на поверхности зерен фильтрующей загрузки оказывает каталитическое влияние на процесс окисления двухвалентного марганца растворенным кислородом. В процессе фильтрования предварительно аэрированной и при необходимости подщелоченной воды на зернах песчаной загрузки образуется слой осадка гидроксида марганца Mn(OH)4. Ионы растворенного Mn2+ адсорбируются поверхностью гидроксида марганца и гидролизуются, образуя оксид трехвалентного марганца Mn2O3.

Последний окисляется растворенным кислородом вновь до Mn(OH)4, который опять участвует в процессе каталитического окисления. Как всякий классический катализатор, Mn(OH)4 почти не расходуется. Уравнения реакций этих процессов можно представить следующим образом:

Mn(OH)4 + Mn(OH)2 = Mn2O3 + 3H2O; (2)

2Mn2O3 + 2O2 + 8H2O = Mn(OH)4↓. (3)

Практическая реализация таких процессов возможна при использовании каталитических наполнителей. Можно отметить, что значение рН очищаемой воды может быть меньше, чем в традиционных процессах деманганации.

Фильтрование через модифицированную загрузку

Для повышения ресурса работы фильтрующей загрузки за счет закрепления пленки катализатора из гидроксидов железа и оксида марганца на поверхности зерен, а также для уменьшения расхода перманганата калия, предлагается следующий метод.

Перед началом фильтрования через фильтрующую загрузку последовательно пропускают снизу вверх раствор железного купороса (FeSO4) и перманганат калия, а затем загрузку обрабатывают тринатрийфосфатом (Na3PO4) или сульфитом натрия (Na2SO3).

Читайте также:  Установка порогов тойота рав 4

Скорость фильтрования исходной воды, подаваемой сверху вниз, составляет 8–10 м/ч. Каталитическую пленку можно создать так же, пропуская через загрузку фильтра 0,5%-ный раствор хлорида марганца и перманганата калия.

Введение реагентов-окислителей

Скорость процесса окисления двухвалентного марганца реагентами-окислителями из ряда: хлор, диоксид хлора (ClO2), гипохлорит натрия, озон – зависит от величины рН исходной воды.

При введении хлора или гипохлорита натрия эффект окисления достигается в достаточно полной мере при значениях рН не менее 8,0 – 8,5 и времени контакта окислителя и воды 60 – 90 мин. В большинстве случаев (если окислитель – только кислород и рН

источник

Очистка воды
любой сложности

Опросные листы

Обезжелезивание и деманганация воды

В. В. Банников, канд. техн. наук
Директор предприятия «Экосервис Технохим»
(www.etch.ru)

1. Обезжелезивание воды

Вода с высоким содержанием железа обладает отталкивающим вкусом, а использование такой воды в производственном процессе приводит к появлению ржавых пятен и разводов на готовой продукции. При производстве бумаги, в текстильной промышленности, в прачечных использование воды, содержащей железо и марганец, недопустимо. Ионы железа и марганца загрязняют ионообменные смолы, поэтому при проведении большинства ионообменных процессов первой стадией обработки воды является их удаление.

Очистка воды от соединений железа является в ряде случаев довольно сложной задачей, которая может быть решена только комплексно. Это обстоятельство в первую очередь связано с многообразием форм существования железа в природных водах. Чтобы определить наиболее действенный и экономичный для конкретной воды метод обезжелезивания, нужно произвести пробное удаление железа.

В соответствии с требованиями СНиП [1] метод обезжелезивания воды, расчетные параметры и дозы реагентов следует принимать на основе результатов технологических изысканий, выполненных непосредственно у источника водоснабжения.

1.1. Химизм процессов в воде с участием железа

В воде поверхностных источников железо находится обычно в форме органо-минеральных коллоидных комплексов, в частности в виде гуминовокислого железа, и тонкодисперсной взвеси гидроксида железа. В речной воде, загрязненной кислотными стоками, встречается сульфат двухвалентного железа FeSO4. Из-за наличия в речной воде растворенного кислорода двухвалентное железо Fe 2+ окисляется в трехвалентное Fe 3+ . При появлении в воде сероводорода H2S образуется тонкодисперсная взвесь сульфида железа FeS [2].

Подземные источники воды в подавляющем большинстве характеризуются наличием растворенного бикарбоната двухвалентного железа Fe(HCO3)2, который вполне устойчив при отсутствии окислителей и при рН>7,5. При высокой карбонатной жесткости, рН>10 и содержании Fe 2+ >10 мг/л бикарбонат может гидролизоваться с образованием углекислоты:

Российские санитарные нормы ограничивают общее содержание железа в воде для хозяйственно-питьевых нужд до 0,3 мг/л. В некоторых странах допустимое содержание составляет 0,2 мг/л. Фактически концентрация железа в подземных грунтовых водах находится в пределах от 0,5 до 50 мг/л. В центральном российском регионе, включая Подмосковье, эта величина изменяется в диапазоне 0,3 — 10 мг/л, наиболее часто 3-5 мг/л, в зависимости от географического местоположения и глубины источника. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет неприятный металлический привкус. При уровнях выше 0,3 мг/л железо оставляет пятна на белье и санитарно-технических изделиях. При концентрации железа ниже 0,3 мг/л запах обычно не ощущается, хотя может появляться мутность и цветность воды [3].

Анаэробная (не имеющая контакта с воздухом) прозрачная грунтовая вода может содержать соединения двухвалентного железа (Fe 2+ ) до нескольких миллиграммов на литр без ее помутнения при прямой подаче из источника. Однако при контакте с воздухом, а точнее с кислородом воздуха, двухвалентное железо окисляется до трехвалентного коллоидного состояния, что придает воде характерный красно-коричневый оттенок:

Гидроксид трехвалентного железа Fe(OH)3 коагулирует и переходит в оксид железа Fe2O3 . 3 H2O, выпадающий в виде бурых хлопьев.

Пользователь зачастую наблюдает следующую картину: в первый момент вода, полученная из скважины, кажется абсолютно чистой и прозрачной, но в течение нескольких минут она мутнеет (реакция 2) с появлением специфического оттенка. При отстаивании воды муть оседает, образуя бурый рыхлый осадок (оксид трехвалентного железа).

Железо способствует также развитию «железобактерий», которые получают энергию при окислении Fe 2+ до Fe 3+ , в результате чего в трубопроводах и на оборудовании образуется скопление слизи. В процессе окисления на 1 мг Fe 2+ затрачивается 0,143 мг кислорода (О2), увеличивается содержание свободной углекислоты на 1,6 мг/л, а щелочность снижается на 0,036 мг-экв/л [4].

Присутствие в воде солей меди, а также контакт воды с ранее выпавшим осадком Fe(OH)3 , каталитически ускоряет процесс окисления Fe 2+ до Fe 3+ .

В зависимости от условий (значение рН, температура, наличие в воде окислителей или восстановителей, их концентрация) окисление может предшествовать гидролизу, идти параллельно с ним или окислению может подвергаться продукт гидролиза двухвалентного железа Fe(OH)2.

Системы «Дозатрон» — пропорциональное дозирование реагентов, комплексонов, антискалантов. Насосы, контроллеры

Производство «GE Water & Process Technologies», «Wave Cyber», «Stenner», «AquaPro»:

источник

ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ