Аэрация для снижения концентрации железа и марганца
При высоких концентрациях железо, как правило, встречается в водных источниках в форме бикарбоната железа Fe(НСОЗ)2 (двухвалентного железа). Это растворимая бесцветная соль железа, существующая только в растворе. При повышении в воде содержания СО2 увеличивается растворимость бикарбоната железа. При pH 5.0 концентрация бикарбоната железа может достигать 50 мг/л при.
Свеженабранная неаэрированная вода, содержащая бикарбонат железа, кажется чистой, отсюда и произошло название двухвалентной формы железа - «железо чистой воды». При контакте с воздухом вода станет желтоватой, затем красноватой. На принципе контакта с воздухом можно уменьшить содержание железа и марганца в водном источнике. После осаждения этих элементов их можно легко отфильтровать.
Количество марганца (Мn2+), обнаруженного в водных источниках, составляет обычно 3 мг/л и редко превышает 5 мг/л. Теоретически, один мг/л кислорода окислят семь мг/л растворенного железа (в форме Fe). Для окисления 1 мг/л марганца (в форме Мn) требуется приблизительно 1.5 мг/л кислорода. Процесс аэрации марганца довольно медленный по сравнению с аэрацией растворенного железа, однако, он значительно ускоряется при значении pH воды 9.5 или выше. Процесс окисления и осаждения железа аналогично ускоряется, когда pH воды 7.2 или выше.
Количество растворенного железа и марганца, которое могут удалить хорошие закрытые аэраторы, значительно больше, чем можно достичь с помощью каталитических технологий. Правильно подобранные системы аэратора/осадителя/фильтра могут обработать 25 мг/л растворенных соединений железа и марганца. В этих системах обычно используется фильтрующий материал, содержащий кальцит, который способствует повышению pH.
Процесс аэрации не эффективен для удаления органического/бактериального железа и/или марганца. Кстати, эти органические вещества могут заблокировать эдуктор воздуха Вентури, а также закупорить слой фильтрующего материала. Химическое окисление считается более эффективным методом обработки органического железа и марганца, поскольку при окислении разрушаются инкапсулирующие элементы вокруг молекул железа и марганца.
Практическое преимущество закрытого аэратора состоит в том, что не требуется проводить перекачивание аэрированной воды. Таким образом, для обработки воды в домашних условиях часто применяют систему закрытого давления, особенно в районах Соединенных Штатов и Канады с умеренно-прохладным климатом.
Пример стандартной аэрационной системы показан на рисунке 8-2. В этой системе вода протекает непосредственно из погружного насоса через всасывающую трубу, в процессе чего труба Вентури создает небольшой перепад давления, что вызывает открывание игольчатого клапана подобно внутреннему трубчатому затвору. Это позволяет воздуху смешиваться с текущей водой. Эта насыщенная воздухом вода после хранения в пневматической емкости поступает в сосуд для осаждения, где избыточный воздух поднимается вверх системы.
Когда образуется достаточно высокое обратное давление, оно автоматически выталкивает этот избыточный воздух в выхлопную трубу. В течение этой стадии обогащения воздухом аэратор функционирует как дегазатор. В кислой воде с высоким уровнем двуокиси углерода какое-то количество СО2 выделяется, что способствует незначительному повышению pH и создает более благоприятные условия для процесса окисления. Аналогично, во время этой стадии турбулентности воздуха может выделяться в форме газа и затем выталкиваться некоторое количество сероводорода, присутствующего в воде.
Рис. 8.2. Стандартная бытовая аэрационно-фильтрационная система напорного типа
Обработанная в аэраторе/осадителе вода пропускается через фильтр, в котором задерживаются и отсеиваются окисленные макрочастицы железа, марганца и/или элементарной серы. Очищенная таким образом вода может использоваться для технических целей или дополнительно обрабатываться.Другое преимущество аэрационной системы закрытого давления состоит в том, что не используются никакие химические растворы и не создаются никакие новые химические побочные продукты, как происходит при хлорировании. Кроме того, не требуются дополнительные затраты на химические реагенты, поскольку воздух - бесплатный. В атмосфере содержится около 21% кислорода. Самый важный шаг при обслуживании данной системы состоит в периодической обратной промывке фильтра.
Наиболее важным фактором для успешного функционирования закрытой аэрационной системы является производительность насоса. Для большинства таких систем требуется минимальная производительность 6-8 галлонов США в минуту (23-30 л/мин) для выработки с помощью эжектора Вентури достаточного потока воздуха. Чтобы определить размеры аэратора, необходимо знать производительность насоса. (См. данный метод в главе №1 «Фильтрация на засыпных загрузках»).
