Простейшие методы обезжелезивания воды Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Выводы

1. Водоемы должны рассматриваться не только как естественно-исторические категории, а как водные ресурсы, испольуемые населением для различных хозяйственных и культурных целей.

2. Происходящие в водоемах под влиянием сточных вод изменения состава и свойств воды водоемов сами по себе не определяют вредности сточных вод, если эти изменения не ограничивают возможности безопасного и целесообразного пользования водоемами со стороны населения.

3. Критерием вредности сточных вод может быть лишь характер и степень ограничения водопользования, которое возникает или может возникнуть под влиянием спуска сточных вод в водоем.

4. Не может быть единого критерия вредности сточных вод, поскольку различен характер водопользования: для санитарных, культурно-бытовых и прочих народнохозяйственных целей (рыбное хозяйство, промышленность, сельское хозяйство и др.).

5. Гигиеническим критерием вредности поступающих в водоемы сточных вод должна служить степень ограничения санитарно-бытового водопользования, которое возникает в силу загрязнения водоема, создающего опасность для здоровья населения или ухудшение его санитарных условий жизни.

6. Такое понимание критерия вредности в проблеме санитарной охраны водоемов:

а) делает необходимым и целесообразным диференциацию задач и методов научного исследования и практической деятельности в соответствии с разнообразным народнохозяйственным использованием водоемов (санитарно-бытового, рыбохозяйственного, для промышленных целей и пр.);

б) позволяет четко определить собственно гигиенические цели и содержание научных исследований, в частности, по определению предельно допустимых концентраций вредных веществ в водоемах, и выдвигает необходимость более широкого и активного участия врачей-гигиенистов в изучении проблемы санитарной охраны водоемов;

в) создает подлинно гигиеническую базу для повышения уровня санитарной практики и успешной реализации постановления Совета министров СССР от 31.У.1947 г.

П. В. ОСТАПЕНЯ и Ц. А. КАГАН

Простейшие методы обезжелезивания воды

Из Белорусского научно-исследовательского санитарного института

В Белоруссии широко распространены воды, содержащие значительные количества железа, преимущественно в гидрокарбонатной форме. Большая часть этих вод залегает в четвертичных отложениях, хотя воды других горизонтов также не всегда свободны от соединений железа.

На основании проведенного нами изучения было установлено, что повышенное содержание железа в воде обычно связано с погребенными или наземными торфяниками. В практике приходится часто эксплоати-ровать железистые скважины, хотя эти воды для технического и хозяйственно-бытового пользования не вполне приемлемы.

По своему составу они представляют собой обычно воды средней минерализации, минеральный скелет которых состоит в основном из карбонатов и гидрокарбонатов, щелочных земель и железа, причем послед-

ю

нее присутствует иногда в значительных количествах; хлориды представлены незначительными количествами, сульфаты часто отсутствуют.

Как известно, такой состав воды очень неустойчив. Вода, выведенная на дневную поверхность в условия с меньшим парциальным давлением С02, теряет так называемую равновесную углекислоту. Выделяющаяся водная окись железа, пройдя через стадию мелкой дисперсности (опале-сценция), коагулирует и выпадает в виде осадка.

В большинстве случаев процесс образования опалесценции и мути проходит очень быстро, но Ре(ОН)3 в мелкодисперсной форме может долго удерживаться во взвешенном состоянии. Полное его выпадение отмечалось иногда через одни, а в некоторых случаях через двое суток.

Повидимому, характер имеющихся в этих водах электролитов способствует частичной пептизации выделяющегося Ре(ОН)3. Такое медленное выпадение гидрата окиси железа создает ряд неудобств при использовании подобных вод. В связи с этим и встал вопрос о подыскании эффективного и доступного метода обезжелезивания воды.

Ввиду того что такими водами часто пользуются небольшие населенные пункты (рабочие поселки, совхозы, небольшие промышленные предприятия), метод обезжелезивания должен быть прост и осуществим без капитальных сооружений.

Нами были проведены опыты с двумя водами: 1) водой Могилев-ского городского водопровода, забираемой из песчаникового яруса среднего девона из глубины 130 м (содержит 2,5 мг железа, 22 мг/л свободной С02); 2) водой из скважины торфозавода «Свобода», забираемой из пород ледникового происхождения с глубины 53 м (содержит 14,0 мг/л железа, 103,4 мг/л свободной С02).

Мы желали выяснить следующие вопросы: 1) целесообразность предварительного хлорирования воды; 2) эффективность аэрации; 3) эффективность известкования.

Целесообразность предварительного хлорирования воды проверялась только на воде скважины Могилевского водопровода. Предполагалось, что окисление хлором соединений железа будет способствовать его быстрейшему выпадению. Для этих опытов, а также для аэрации и известкования вода доставлялась в лабораторию Могилевской санитарной станции в 30-литровых баллонах. При отборе проб и доставке соблюдались все меры предосторожности для предупреждения потери углекислоты и растворения кислорода. Доставка проб в лабораторию продолжалась не более 20 минут.

Опыты с хлорированием воды были поставлены следующим образом. В воду, предварительно отсифоненную из баллона в литровые цилиндры с притертыми пробками, вводился 1% раствор хлорной извести в возрастающем количестве — от 0,1 до 2,7 мг/л. Результаты опыта представлены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, эффект хлорирования скорее отрицательный, чем положительный. Свободный хлор даже в минимальных количествах задерживает выпадение железа, несмотря на то что оно переводится в окисную форму. Хлор также удерживает в растворе бикарбонаты щелочных земель.

Проверка эффективности аэрации и известкования проводилась на обеих водах. Во всех случаях эти процессы завершались фильтрованием через песчаные фильтры со скоростью 2—5 м/час. Температура воды 9—10°.

Аэрация воды из скважины торфозавода проводилась непосредственно у скважины. Вода пропускалась через два сита (одно над другим) с отверстиями в 1 мм.

Ориентировочно была проведена одна-, дву- и троекратная аэрация. Во всех опытах при начальном содержании железа в воде около 14 мг/л оставалось в воде железа не более 0,06 мг/л. При этом было уста'нов-

И

о и Количество

о Изменения при стоянии железа

5 -5. в <- в мг/л через

2 24 часа

Е2 О Сй

"с" <3 сз п а. 2 часа 6 часов 10 часов 24 часа закис- окис-

о ное ное

1 0,2 Прозрачная Прозрачная Прозрачная Прозрачая, едва заметный осадок 0 0,7

2 0,3 » » » То же 0 0,7

3 0,5 » » > » > 0 0,7

4 0,75 » » > » » 0 0,6

5 1,0 » » » » > 0 0,5

6 2,7 » » Едва замет- я » 0 0,7

ная муть

Конт- 0,0 Сильная Мутная Мутная, небольшой Небольшая 0 0,5

роль - опалесцен- муть, на дне

ция осадок на дне серый осадок

лено, что многократная аэрация не имеет никаких преимуществ перед однократной, а продолжительность отстаивания не играет заметной роли. В фильтрованной воде, предварительно отстаивающейся 30 минут, обнаруживали столько же остаточного железа, сколько и после двухчасовою отстаивания. Выпадающий Ре(ОН)3 прекрасно задерживается фильтром, но очень плохо отстаивается. Вода над осадком имеет явную опалесценцию и даже значительную взвесь; полное осветление над осадком достигается через двое суток. Это обстоятельство снижает ценность столь простого способа обезжелезивания, ввиду быстрого засорения фильтра и неизбежности частой его промывки со всеми вытекающими отсюда неудобствам«.

Таблица 2. Результаты

Откуда взята вода

Количество нейтрализованной С02

в %

Изменения

10 микут

1 час

"Скважина торфозавода Свобода» (рН=6,9; Ре =

11 мг/л).......

То же........

Скважина Могилевского водопровода (Ре=2,2 мг/л) То же.........

25 50

10Э

100% свободной со2 и 50<>/0 полу связанной

25 50

103

1С0% свободной со2 и 50% полусвязанной

Слабо опалесци-рует

Опалесцирует

Хлопья

Крупные хлопья, переходящие в осадок

Слабая опалес- I ценция

Муть

Сильная муть

Вода мути

белая от

Сильная опалес-ценция

Мелкие хлопья и небольшой осадок

Осадок, над осадком прозрачная вода

Осадок уплотняется, над осадком мо-лочнобелая муть

Муть

Просветление сверху на 1 см

Просветление на 2,5 см, на дне темный осадок

Значительное просветление, на дне белый осадок

Лабораторно проведенная аэрация воды Могилевской скважины дала те же результаты.

Известкование проводилось прибавлением раствора извести (1 мл — 1,23 мг СаО) из расчета нейтрализации 25%, 50% и 100% свободной С02, а также 100% свободной +50% полусвязанной С02. Во всех случаях проверялась скорость и характер хлопьеобра-зования. Интервалы времени отстаивания 10 минут, 1 час, 2 часа, 4 часа. После фильтрования через песчаный фильтр проверялось остаточное железо и рН.

Из табл. 2 видно, что самое быстрое (почти моментальное) выпадение железа достигается при нейтрализации 100% свободной и 50% полусвязанной С02. При этом происходит и умягчение воды с 20,44° до 4,48° за счет нейтрализации бикарбонатной жесткости. Однако вполне удовлетворительные результаты получаются при нейтрализации 50,% свободной С02 с последующим двухчасовым отстаиванием.

Для приближения этих опытов к натуральным условиям был проведен эксперимент на опытной установке. Последняя состояла из сооружения, импровизирующею градирню, отстойники и фильтр. Градирня представляла 3 ящика, расположенные друг над другом, 0,5 X 1,0'X 0,25 м. Над верхним ящиком был установлен жолоб с 3 рядами отверстий диаметром 4 мм. Расстояние между ящиками 0,25 м. Ящики были заполнены битым кирпичом; размеры кусков 5—10 см. Под градирней установлены 5 бочек емкостью в 25 ведер, соединенные между собой железными патрубками. В такой же бочке устроен фильтр, установленный на 35 см ниже и заполненный на 15 см галечником, над которым был насыпан слой речного песка в 50 см. Песок был плохо отсортирован, диаметр песчинок 0,5—2 мм. Снизу к бочке для промывания фильтра была подведена продырявленная труба, соединенная с напорной линией. У дна был поставлен кран для отвода фильтрата. В исходной воде содержалось железо в виде бикарбоната в количестве 2,2 мг/л. Количество подаваемой на градирню воды в среднем составляло 2,2 м3/час, температура воды 8—10°, воздуха 1—3°.

Как видно из табл. 3, опытная градирня при площади 0,5 м2 с весьма

известкования

при стоянии

2 часа 4 часа рН после железо(конеч-

известкования ное)

Хлопья Образование осадка,

над осадком прозрачная

вода 7,2 0,04

Осадок, над осадком —

прозрачная вода 7,5 0,04

Полное просветление —

над осадком 7,3 0,04

Дальнейшее уплотне- Полное просветление

ние осадка над осадком 7,6 Нет

Муть Небольшое просветле-

ние - »

Просветление на 2 см Выпадает осадок : > 3»

Обильный осадок на Вода прозрачная, на

дне дне осадок »

Количество Количество Количество железа

Откуда взята вода СО, о2 в мг| л

в мг/л в мг/л закисное окисное

До градирни ........ 22,0 6,98 2,2 0

После градирни....... 8,8 11,58 1,5 0,7

После отстойника...... 8,8 И ,58 0,4 1,8

После фильтра....... 8,8 11,58 0 0,05

несовершенным распределением воды по всей площади удаляла С02 до возможного предела (8,8 мг/л). Процесс окисления железа заканчивался в первой бочке. Время отстаивания составляло около 40 минут. Этого времени было недостаточно для осаждения взвеси. Железо в фильтрате отсутствовало, но фильтр забивался хлопьями водной окиси железа, в связи с чем фильтр приходилось промывать примерно через 10 часов работы. В некоторых случаях эту промывку приходилось применять чаще.

В опытах с известкованием воды перед градирней был установлен эжектор, через который можно было вводить известковый раствор в подающую трубу, причем вода непосредственно поступала в бочки, минуя градирни. Так же как и в условиях лабораторного опыта, здесь при нейтрализации 50% свободной С02 вода освобождалась от железа без предварительной обработки ее на градирне. Это в значительной степени упрощает установку. Результат обезжелезивания виден из табл. 4.

Таблица 4. Результаты известкования на опытной установке

Откуда взята вода Количество СО, в мг/л Железо в мг/л

закисное окисное

Из трубы до отстойника......... 22,0 2,2 0

Из трубы после введения СаО ..... 10,8 1,0 1,2

После фильтра без СаО......... — 0,1 0,2

После фильтра при введении СаО .... 8,0 0 0,01

Для выяснения скорости фильтрации воды, при которой можно получить удовлетворительный фильтрат, были использованы стеклянные трубки диаметром 1,7 см. Трубки заполнялись на 50 см песком, просеянным через почвенное сито с отверстиями 1 мм. Над песком, затопленным снизу, наливался столб воды в 1,85 м; при такой высоте столба вода фильтровалась со скоростью 5,7 м/час без выноса мути, что составляет 5,7 м3 на 1 м2 площади фильтра.

Выводы

1. Железистые гидрокарбонатные воды могут легко освобождаться от железа при сравнительно простом оборудовании установки.

2. Основная функция градирни — удаление С02 — может быть заменена химической нейтрализацией С02. Последняя может иметь преимущество, если всю систему обезжелезивания удалось бы построить закрытой « более компактной.

3. Оба приема обезжелезивания дают воду, практически свободную от железа.