Аэрация воды - важнейшая стадия процесса обезжелезивания-деманганации.
Задачи, решаемые аэрацией:
• Насыщение воды кислородом, способствующим окислению растворенных металлов. Для эффективного удаления железа требуется концентрация кислорода (по стехиометрии реакции) не менее 15 весовых % от содержания железа, а марганца - около 30%.
• Удаление растворенной углекислоты. В результате увеличивается величина рН (в зависимости от pH исходной воды, общего солесодержания и концентраций отдельных солей). С ростом рН падает растворимость соединений Fe3+ и Mn3+, что способствует процессу удаления окисленных металлов.
• Удаление растворенных газов. Газы, такие как сероводород, придают воде запах, зачастую довольно неприятный. Удаление газов полезно еще и тем, что сероводород и другие сероорганические соединения для ряда фильтрующих загрузок являются «ядами».
• Удаление радона из воды. Причиной повышенной радиоактивности подземной воды может являться часто присутствующий в ней радон. Поскольку этот инертный и радиоактивный газ не образует устойчивых химических соединений с другими веществами, единственным надёжным способом его удаления из воды является отдувка.
Способы аэрации воды:
1. Аэрация под землей. Аэрацию производят в пласте до подъема воды из скважины. На данный момент метод используется крайне редко.
2. Аэрация с использованием промежуточного безнапорного бака (безнапорная аэрация). Из скважины вода подается в бак, при этом она разбрызгивается через специальную насадку. Насадка изготавливается в виде воздушного эжектора, пластины-отбойника, колпачка с отверстиями и т.д. В бак организуется подача воздуха через специальную систему из элементов-рассекателей воздуха. Из бака вода поверхностным насосом подаётся на каскады фильтров-осветлителей. При использовании фильтров с каталитической загрузкой время нахождения воды в баке может быть уменьшено, что позволяет снизить сам объём аэрационного бака.
3. Аэрация с использованием воздушного эжектора без промежуточного бака. При таком способе аэрации из схемы исключается бак и поверхностный насос, так как скважинный насос подает воду непосредственно на фильтр. На пути к фильтру вода пропускается через воздушный эжектор. Созданное потоком воды разряжение в эжекторе приводит к засасыванию воздуха и подмешиванию его в воду. У воздухозаборного патрубка эжектора имеется обратный клапан (ниппель), предотвращающий утечку воды через эжектор при прекращении разбора воды потребителем. Дополнительное преимущество такого способа - возможность получения сверхравновесных концентраций растворенного кислорода (более 5,6 мг/л при 20º С), что способствует повышению скорости работы фильтра.
Установленный на фильтре воздухоотделительный клапан предотвращает завоздушивание.
Широкому применению аэрации эжектором в напорном варианте препятствуют следующие серьезные недостатки:
• сильное снижение рабочего потока воды эжектором из-за наличия узкого сопла; потеря напора на эжекторе должна быть не меньше 1-1,2 атм;
• одно из условий нормальной работы эжектора - высокое давление на входе (не менее 3.5 атм);
• эжектор работает только при больших потоках; при малом разборе воды - не работает;
• при промывке фильтров-осветлителей, находящихся после эжекторов, необходима организация системы переключения потоков – вода поступает по обводной линии, линия эжекции перекрывается.
4. Аэрация с использованием компрессора и вертикального напорного корпуса фильтра. В данной схеме используют компрессор и напорную аэрационную колонну, после которой устанавливается фильтр. Включение компрессора, работающего только при разборе воды, осуществляется по сигналу от водосчетчика. Аэрационная колонна имеет насадку для барботирования и воздухоотделительный клапан. Работа по данной схеме отличается большей надежностью по сравнению с предыдущей, но также и большей стоимостью из-за наличия компрессора и дополнительной колонны.
Таким образом, очевидно, что схемы 2 и 4 обладают наибольшей надёжностью и работоспособностью.
5. Химическая аэрация.
Химическая аэрация - внесение химических реагентов, взаимодействующих с водой с выделением кислорода. К таким веществам относятся гипохлорит натрия (NaClO), марганцовокислый калий (КМnO4), перекись водорода (Н2O2) и некоторые другие. Применение такого доступного окислителя как воздух не всегда позволяет добиться необходимого результата. Проблема возникает, если железо и марганец пребывают в устойчивой форме, тогда для перевода их в нерастворимое состояние не достаточно используемого кислорода. Например, ионы железа и марганца могут стабилизироваться некоторыми органическими примесями, при этом образуются так называемые органокомплексы. Ион металла в комплексе окружается довольно прочно удерживаемой координационными связями «оболочкой» из органических молекул. Окислитель, не имеющий доступа к иону, не в состоянии его окислить. Или же ион металла удается все-таки окислить, но при этом он остается растворенным комплексом и не удаляется на зернистой загрузке.
И тогда комплекс необходимо разрушить, а для этих целей применяются более сильные окислители, окисляющие не только металлы, но и органические молекулы.
Тип окислителя определяет способ его дозирования в воду. Подача озоно-воздушной смеси из озонатора производится в нижнюю часть специального контактного резервуара (колонны) компрессором через эжекторы (эмульгаторы), либо через сеть пористых труб или распределительных каналов. Концентрация растворенного озона определяется его содержанием в озоно-воздушной смеси, временем контакта, способом диспергирования. Используя окислители, необходимо учитывать их способность к дезактивации (отравлению) некоторых каталитических загрузок, в частности, имеющих активный компонент на основе диоксида марганца.
Дозировка окислителей (гипохлорита натрия, перекиси водорода и др.) в воду осуществляется пропорциональными насосами-дозаторами. Раствор окислителя готовится заранее. Насос, управляемый водосчетчиком, программируется так, чтобы при прохождении заданных объемов воды производить в поток подачу определенных порций раствора. Чаще всего используются диафрагменные насосы с шаговым или обычным электродвигателем, например производства Tekna EVO (Италия), ETATRON D.S. (Италия), GRUNDFOS (Германия). Такие детали как мембрана, уплотнения, головка дозатора, подсоединительные трубки и шарики клапанов контактируют с растворами, поэтому изготавливаются из инертных материалов (таких, как поливинилхлорид, фторопласт, керамика, нержавеющая сталь). Современные насосы с микропроцессорным управлением также могут быть оснащены индикатором потока, устройством для сигнализации поломки мембраны, встроенным предохранительным/воздушным клапаном, дополнительной защитной мембраной, контролем уровня химикатов в резервуаре, выходом аварийной сигнализации.
