CC BY
7
УДК 628.16
ёса: 10.55287/22275398_2022_1_63
ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ВОДЫ АЭРАЦИЕЙ И ФИЛЬТРОВАНИЕМ В СЛОЕ КОНТАКТНОЙ КРУПНОГРАНУЛЬНОЙ ПЛАВАЮЩЕЙ ЗАГРУЗКИ
В. А. Семеновых
ОАО «Российские железные дороги» (РЖД), г. Москва
Аннотация
Анализ существующих технологий безреагентного обезжелезива-ния воды методом упрощенной аэрации и фильтрования показал, что несмотря на их эффективность, они не могут быть в силу технологических и конструктивных особенностей применимы в условиях ограниченной площади и высоты помещений для размещения водоочистного оборудования, характерных для некоторых объектов ж/д транспорта. В статье приведены результаты исследований усовершенствованной технологии обезжелезивания с применением установки, совмещающей аэрацию и фильтрование в направлении убывающей крупности зерен крупногранульной загрузки.
Ключевые слова
подземная вода, обезжелезива-ние, аэрация, фильтрование, плавающая загрузка, железобактерии, водоочистная установка
Дата поступления в редакцию
25.03.22
Дата принятия к печати
29.03.22
о
Сй
1-
и
.0
с;
ш
1-
О
а
1-
и 5
О
г
м
О
-1
м
Э
СО
Введение
Цели устойчивого развития все прочнее интегрируются в политику современных государств,
лей и задач, а также отдельных показателей, отражающих степень их достижения, в стратегические и программные документы страны, так и в формировании полноценной системы статистического уче-
и Российская Федерация не является исключением. Это выражается как во включении отдельных це- ш
I
га и о й
та показателей. Одной из целей устойчивого развития является «Чистая вода и санитария». Обеспечение н
населения качественной питьевой водой—одно из приоритетных направлений государственной полити- Ц
ки, нацеленной на сохранение здоровья граждан и улучшение условий их проживания.
Для питьевого водоснабжения используются поверхностные и подземные водоисточники. Доля под- > ц
V
земных водоисточников, эксплуатируемых на сети железных дорог РФ составляет более 80%. Физико- 5
го а т го
о и
химический состав артезианских вод разнообразен и зависит от многих факторов [1]. Основным загрязняющим компонентом большинства водоисточников являются соединения железа, встречающиеся в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые значения по СанПиН 2.1.3684-21. На условия эксплуатации объектов железнодорожного транспорта с суточным потреблением воды не более 100 кубических метров оказывают влияние их удаленность, труднодоступность, ограниченная X ^
площадь и высота помещений для размещения водоочистного оборудования [2].
.0 I
[О го
и
Для удаления из подземных вод соединений железа широко используется безреагентные ме- ^ ¡^
тоды, основанные на упрощенной аэрации и фильтровании [1]. Одним из перспективных методов ¡^ ®
очистки подземной воды, обладающих рядом преимуществ и расширяющих область применения ^ ^
. «Ч
< 2
" ю
ей о
метода упрощенной аэрации, является биологический метод с использованием одной или нескольких ступеней биофильтров и фильтров с тяжелой или плавающей загрузкой [3]. Как показывает опыт работы промышленных станций, требуемая эффективность процесса обезжелезивания на фильтрах достигается при ограниченных скоростях фильтрования до 12 м/ч через слой загрузки крупностью не более 2,5 мм и толщиной слоя не более 1,3 м. Высота фильтровальных сооружений с учетом размещения всех конструктивных элементов может варьировать от 4,5 до 8 м.
Таким образом, интенсификация процесса обезжелезивания, а также разработка, исследование и внедрение в технологические схемы эффективных, простых и экономичных малогабаритных водоочистных установок, совмещающих в одном корпусе процессы аэрации и фильтрования через контактную крупногранульную плавающую загрузку, является актуальной задачей.
Методы и материалы
Подземная вода характеризовалась содержанием железа 8,7 - 9,2 мг/л (Подольско-Мячковский ВГ) и 1,65 мг/л (Упинский ВГ), концентрацией кислорода не более 0,45 мг/л, водородным показателем (рН) — 7,11 - 7,18, щелочностью воды — 6,06 - 6,56 мг-экв/л. Содержание углекислоты не превышало 75 мг/л. Окислительно-восстановительный потенциал (БЬ) в воде составлял -79 от -82 мВ.
Исследования эффективности процесса обезжелезивания проводились на разработанной опытно-промышленной установке, включающей аэрационную камеру и фильтр с плавающей загрузкой из крупных гранул пенополистирола, которые размещаются в одном корпусе и снабженной технологическими трубопроводами, манометрами, счетчиками, регулятором давления, пробоотборниками, пьезометрами и запорной арматурой.
Принцип работы установки заключался в следующем. Исходная вода из скважины через эжектор поступала во встроенную в фильтр аэрационную камеру, где происходила интенсивная аэрация и выделение угольной кислоты, сероводорода и их удаление вместе с избытком воздуха через вантуз. Предварительно аэрированная вода, изливаясь, поступала в верхнюю часть фильтра, а затем проходила с переменной скоростью фильтрования через плавающую неоднородную загрузку (1,8 - 7,0 мм) в направлении убывающей крупности гранул, в слоях которой происходили процессы химического и биологического обезжелезивания. Давление воды на входе перед эжектором во всех опытах поддерживалось на минимальном уровне и составляло 0,25 МПа. Установка работала со скоростями фильтрования от 5,8 до 21,7 м/ч, при этом время контакта воды в аэрационной камере изменялось от 1,3 до 4,6 минуты, а на фильтре — от 2,9 до 10 минут.
По достижению предельной потери напора и завершении фильтроцикла осуществлялась промывка плавающей загрузки исходной водой в направлении сверху вниз.
Результаты и обсуждение
Результаты лабораторных исследований показали, что в воде после эжектора и аэрационной камеры установки происходило увеличение концентрации кислорода воздуха с 0,45 до 2,07 и 3,78 мг/л соответственно, отдувка сероводорода и углекислоты, увеличение рН до 7,39 - 7,43 и ЕЬ до -55 мВ. При этом время контакта составляло в три раза меньше, чем для отдельной стоящей аэрационной колонны (отдельной ступени). За счет разработанного технологического решения удалось увеличить массообмен, существенно уменьшить объем аэрационного устройства и объединить стадии аэрации и фильтрования в одном корпусе установки при одновременном обеспечении достаточной степени аэрации и дегазации [4].
Экспериментально была определена продолжительность зарядки свежевспененной загрузки, которая более интенсивно происходила в нижнем мелкогранульном слое с более развитой удельной поверхностью загрузки. Она составила 3,5 суток при скорости фильтрования 5,8 - 6,2 м/ч. Толщина пленки коричневого цвета на поверхности зерен загрузки достигала 52 - 65 мкм.
Эффективность процесса обезжелезивания воды изучалась на подземной воде разного физико-химического состава и разной скорости фильтрования. При содержании железа общего 1,65 мг/л и скорости фильтрования 11,6 м/ч продолжительность фильтроцикла составила 13 суток при условии обеспечения стабильного эффекта обезжелезивания воды для питьевых целей. При увеличении скорости до 15,9 и 21,5 м/ч продолжительность фильтроцикла соответственно составила 8 и 5 суток. Очистка воды с более высоким содержанием железа общего (9,2 мг/л) до нормативных значений обеспечивалась при сокращении межпромывочного периода до двух суток при максимальной скорости фильтрования 21,7 м/ч и крупности загрузки 3,8 - 4,6 мм. Наблюдалось изменение БЬ — рН в воде по мере ее фильтрования через слои загрузки в направлении убывающей крупности гранул. Как известно, это изменение обусловлено протеканием как физико-химических, так и биохимических процессов за счет микробиологической деятельности. Такой высокий эффект очистки может быть объясним в том числе и тем, что в толще фильтрующей контактной загрузки создавались благоприятные условия для развития и иммобилизации на поверхности загрузки железобактерий и протекания биологического обезжелезивания [3]. Микробиологический анализ осадка с поверхности гранул загрузки подтвердил наличие в нем железобактерий и их чехлов.
Изучение различных режимов водяной промывки показало, что наиболее эффективной и экономичной оказалась кратковременная импульсная промывка. При таком режиме направление потока промывной воды совпадает с направлением силы тяжести выносимого осадка, что при импульсном «встряхивании» плавающей загрузки с интенсивностью 30 л/см2 обеспечивает вынос основной массы загрязнений в течение 8 минут при интенсивности до 18,7 л/см2.
03
г
м О
-I
м
Э СО
Выводы
Разработана новая конструкция установки [5] в составе безреагентой технологии биологического обезжелезивания аэрацией и фильтрованием через контактную неоднородную плавающую загрузку повышенной грязеемкости. Приведены результаты исследований, которые позволили определить ее основные технологические параметры и рациональную область применения технологии: Беобщ до 10 мг/л, СО2 < 80 мг/л, О2 < 0,5 мг/л, рН > 7,1, ЕЬ < -150 мВ и ЫН < 2 мг/л.
2
<и
I
га и о а н .о
■е
Библиографический список
1. Николадзе Г. И. Улучшение качества подземных вод. М., Стройиздат, 1987. 240 с.
2. Говорова Ж. М., Семеновых В. А., Говоров О. Б. Предпосылки к разработке компактной установки для очистки подземной воды // Системные технологии. №1 (34), 2020, С. 28 - 31.
3. Муше П., Герасимов Г. Н. Биологическая деферризация воды: обоснование и реализация // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. № 11. Ч. 2. С. 40 - 47; № 12. С.35 - 39.
4. Говорова Ж. М., Семеновых В. А. Исследование аэрационного блока компактной установки для обезжелезивания подземной воды. Актуальные проблемы строительной отрасли и образования
>5
<и
га а т га
0 и
<и
1
га и
т
ш щ
X
са О
2 ш
и
(и *
т
" ю са о
[Электронный ресурс]: сборник докладов Первой Национальной конференции (г. Москва, 30 сентября 2020 г.) — Электрон. дан. и прогр. (26 Мб) — Москва : Изд-во МИСИ — МГСУ, 2020. С. 826 - 830.
5. Патент РФ на изобретение № 2641132. Установка для очистки подземных вод» / Говоров О. Б., Семеновых В. А., Говорова Ж. М. Бюл. № 2 от 16.01.2018 г.
WATER DEIRONIZATION BY AERATION AND FILTRATION IN THE LAYER OF CONTACT LARGE-GRAIN FLOATING LOAD
V. A. Semenovykh
Joint Stock Company "Russian Railways" (JSCo "RZD"), Moscow
Abstract
An analysis of existing technologies for non-reagent water deironing by simplified aeration and filtration showed that, despite their effectiveness, they cannot be applied due to technological and design features in conditions of a limited area and height of premises for accommodating water treatment equipment, typical for some railway transport facilities. The article presents the results of research on an improved iron removal technology using an installation that combines aeration and filtration in the direction of decreasing coarse grain size.
The Keywords
underground water, iron removal, aeration, filtration, floating charge, iron bacteria, water treatment plant
Date of receipt in edition
25.03.22
Date of acceptance for printing
29.03.22
Ссылка для цитирования:
В. А. Семеновых. Обезжелезивание воды аэрацией и фильтрованием в слое контактной крупногранульной плавающей загрузки. — Системные технологии. — 2022. — № 42. — С. 63 - 66.
