3.5.1 Аэрация
Аэрация – насыщение воды кислородом, она часто совмещается с процессом
удаления (отдувки) растворенных газов, таких как сероводород, метан, радон [1–4,
9, 6–20, 263, 327]. В воде из подземных источников, находящейся под избыточным давлением,
кислорода практически нет, но присутствуют растворенные сероводород, радон, метан. При контакте воды с воздухом происходит растворение кислорода и выделение
остальных газов. Для ускорения процесса необходимо резко увеличить площадь
контакта фаз.
Вода поверхностных источников уже находится в равновесии с воздухом и
процесс удаления из нее, например, избыточного воздуха или кислорода может быть
произведен только при изменении параметров среды – давления или температуры.
Аэрация наиболее часто используется в системах очистки подземных вод от
железа. В такой воде кислород фактически отсутствует. В ней присутствует растворенное двухвалентное железо в виде ионов Fe+2, обычно в виде растворенного бикарбоната – Fe(HCO3)2. Для перевода железа в нерастворимую гидроокись, которую
легко удалить фильтрованием, необходим ввод окислителя. Самым доступным
окислителем является кислород воздуха. Для полного окисления 1 г железа требуется 2 литра растворенного в воде воздуха. Следовательно, необходима предварительная аэрация. При последующем отделении избыточного воздуха вместе с ним удаляются и растворенные в воде газы.
Аэрация под давлением (рис. 3.162, а) осуществляется нагнетанием воздуха в
специальную аэрационную колонну 1 или в трубопровод перед ней, воздушным компрессором 2. Избыток воздуха и растворенные газы (сероводород, углекислота и т.д.)
удаляется с помощью автоматического воздухоотделительного клапана 3 в верхней
части аэрационной колонны. Включение компрессора производится по сигналу реле
протока 4, сигнализирующего о движении жидкости через систему.
Выпускаются также инжекторы, которые подсасывают воздух при движении
воды за счет эффекта, наблюдаемого в трубах Вентури, где в зоне сужения потока
жидкости и при возрастании местной скорости ее течения, давление в этой зоне падает ниже атмосферного. Данные инжекторы устанавливаются на подающем трубопроводе и работают с потоками от 0,34 до 3,4 м3/час (рис. 3.162, б). Надежность их
работы невысока. Кроме того, они оказывают большое сопротивление – до 2–3 атм –
и поэтому требуется установка байпасного электромагнитного клапана для обеспечения необходимого расхода при промывке фильтров.
Если система находится под давлением, то теоретически возможно растворение
максимального количества воздуха. Однако площадь контакта воздуха с водой незначительна, а время контакта мало. Поэтому реальное количество воздуха меньше
теоретически возможного, но его полностью хватает для окисления железа. Под
давлением увеличивается растворимость и других газов, что сокращает возможности удаления растворенного сероводорода, метана, радона.
Для их эффективного удаления используются объемные методы аэрации-дегазации. Для этого устанавливается промежуточная емкость с системой аэрации
(свободным изливом воды, душирующей головкой, барботажным устройством,
эжектором) и повышающий насос (рис. 3.163, а).
При объемной аэрации вода, поступая в накопительную емкость 1, аэрируется
с помощью разбрызгивания, компрессора либо воздушного эжектора. Вода насыщается кислородом воздуха и происходит процесс окисления растворенного железа и
удаления растворенных газов.
Из емкости, вода с помощью насосной станции 2 подается на дальнейшую обработку.
Рис. 3.162. Схемы напорной
аэрации (а) и вид воздушного
эжектора (б):
1 – аэрационная колонна; 2 –
компрессор; 3 – воздухоотделительный клапан; 4 – реле
потока
При барботажном способе аэрации можно использовать маломощные компрессоры или более производительные воздуходувки, что положительно сказывается на
эффективности отдувки газов.
Поскольку обычно вода подается под избыточным давлением, то имеется возможность повысить эффективность разбрызгивания, используя, например, душирующую головку (рис. 3.163, а, б) или эжектор (рис. 3.163, в, г).
Рис. 3.163. Примеры систем
аэрации разбрызгиванием через
душирующую головку – а, б,
варианты реализации
эжекторной системы – в, г:
1 – емкость; 2 – насос; 3 – разбрызгиватель; 4 – перфорированная пластина, трубка и т.п.;
5 – эжектор
При разбрызгивании воды в воздухе процесс ее обогащения кислородом происходит довольно интенсивно. При падении капель воды с высоты 0,5 м содержание
кислорода в воде достигает 5 мг/л, что достаточно для окисления 35 мг/л железа (ІІ).
Поэтому часто применяется способ со свободным переливом воды из емкости в емкость или из подающей трубы в емкость с разрывом струи.
В эжекторе вначале создается разрежение, что ускоряет удаление растворенных
газов, а затем подсасывается большой поток воздуха, чем достигается огромная
площадь контакта до сотен и тысяч м2/м3 воды, в результате чего процессы растворения и окисления многократно ускоряются.
В зависимости от требований по насыщению воздухом и степени удаления растворенных газов выбирается степень эжекции, т.е. соотношение количества подсасываемого воздуха к расходу воды. Для типичных процессов подготовки подземной
воды достаточно Кэ = 2–5. |
