Биологическое обезжелезивание

Этот метод подразумевает использование железобактерий, окисляющих двухвалентное растворенное железо до трехвалентного состояния, в целях очистки воды, с последующим удалением коллоидов и бактериальных пленок в отстойниках и на фильтрах. В некоторых случаях это оказывается единственно приемлемым способом снизить содержание железа в воде. Прежде всего, когда концентрации железа в воде особенно велики, свыше 40 мг/л. Также применяют биологическое обезжелезивание, если в воде высоко содержание сероводорода и углекислоты. Такая вода с очень низким показателем pH не может быть очищена от избыточного железа методом упрощенной аэрации. Ее подвергают фильтрации через колонии бактерий на медленных фильтрах с песчано-гравийной загрузкой. Затем подвергают сорбционной очистке для задержания продуктов жизн едеятельности бактерий и ультрафиолетовому обеззараживанию.

Рис. 12.3. Очистка на напорных фильтрах с сорбционными загрузками:

1 – резервуар-отстойник; 2 – фильтры МИУ-Сорб; 3 – насосы; 4 – компрессор; 5 – бак чистой воды; 6 – сбор нефтепроводов; 7 – уплотнение осадка; 8 – приемный колодец; I – подача грязной воды на очистку; II – сброс грязной промывной воды; III – подача воды на доочистку; IV – выпуск чистой воды; V – подача чистой воды на промывку фильтров; VI – подача воздуха при промывке и регенерации; VII – подача щелочи при регенерации; VIII – опорожнение фильтров

Наиболее перспективным является фильтрование воды через сорбент МИУ-С в соответствии с типовыми технологическими регламентами «МИУ-Сорб» обеспечивает очистку до ПДК при исходной концентрации нефтепродуктов не более 20 мг/л, взвешенных веществ 50 мг/л, железа 7,5 мг/л при одновременном улучшении прочих показателей качества воды.

Словарь терминов:

Катиониты – ионообменные сорбенты, способные к обмену катионов при контакте с растворами электролитов.

Иониты (ионообменники, ионообменные сорбенты) – вещества, способные к ионному обмену при контакте с растворами электролитов.

Ионообменные смолы – ионообменные полимеры, синтетические органические иониты. Твердые, нерастворимые, ограниченно набухающие в растворах электролитов и органических растворителях сшитые полимеры, способные к электролитической диссоциации и обмену ионами при контакте с растворами электролитов.

Редокс-потенциал – потенциал химических элементов в ряду электрохимических напряжений относительно потенциала нормального водородного электрода при 18 С.

13. Безреагентный медленный фильтр

Безреагентные фильтры (медленные) предназначены для устранения взвешенных частиц из воды, то есть для ее осветления. Частицы взвесей задерживаются в порах фильтрующей загрузки вследствие прилипания под действием поверхностных (молекулярных) сил к поверхности зерен песка, так и в результате механического застревания частиц в извилистых поровых каналах.

Гидродинамические силы, направленные на вынос частиц из песка при малой скорости фильтрации, ничтожны. При пуске фильтра происходит заполнение пор верхних слоев фильтрующего песка взвесями. Формируется мелкопористая пленка, которая и задерживает значительную часть вновь поступающих взвесей.

В начале периода фильтрования фильтр пропускает некоторое количество взвесей. После образования на его поверхности грязевой пленки фильтр приобретает способность давать воду мутностью не более 1...2 мг/л. Этот момент является окончанием периода осветлительного созревания фильтра. Продолжительность этого периода колеблется от 1 до 60 мин.

Фильтрующая пленка через 20...50 часов от начала фильтрования, в результате биологических процессов, приобретает способность обеззараживать воду. Начало поступления фильтрата с содержанием бактерий не более 100 в 1 мл является концом бактерицидного созревания фильтра. Обеззараживающее действие медленных фильтров особенно ценилось в прежнее время, когда еще не знали других, более совершенных способов обеззараживания воды.

В настоящее время медленные фильтры должны осветлять воду, а обеззараживание последней после фильтра выполняется хлорированием или другими известными способами. Количество фильтров должно быть не менее двух.

Слой воды над поверхностью загрузки надлежит принимать 1,5 м. При наличии перекрытия над фильтрами расстояние от поверхности загрузки до перекрытия должно быть не менее 2 м. Медленные фильтры системы НИМИ осветляют воды практически любой мутности (до 1...2 мг/л). Общая схема фильтра НИМИ показана на рисунке 13.1 (план, разрез).

Прямоугольный в плане резервуар образует корпус фильтра 1, в котором у торцовых стен водонепроницаемыми перегородками 2 отделяются два кармана. Верхние кромки этих перегородок строго горизонтальны. Ширина карманов l = 0,3...0,5 м.

Фильтрующий слой песка 3 с эффективным диаметром зерен 0,15...0,50 мм насыпается на дренажные плиты из пористого бетона 4. Толщина фильтрующего слоя Н песка = 1 = 0,4–0,5 м. Под плитами образуется пространство 5 высотой 6 см, служащее для отвода чистой воды. Дно корпуса фильтра делается с уклоном к сборному трубопроводу фильтрованной воды 6. Сырая вода подается по трубам 8 и 7 через поплавковый клапан 10 в корпус фильтра. Уровень воды в период полезной фильтрации поддерживается на постоянной отметке 9. Слой воды над песком 1,2...2,0 м. Вода проходит через песок 3, образуя в его верхнем тонком (1...2 см) слое и на поверхности мелкопористую грязевую пленку.

Осветленная вода из песчаного слоя поступает в дренажное пространство 5. Скорость фильтрования поддерживается на заданном уровне поплавковым регулятором скорости фильтрации 11.

По мере загрязнения фильтра увеличиваются потери напора в грязевой пленке на поверхности фильтрующего слоя. Когда потери напора достигнут 1,0...1,5 м, необходимо задержанные частицы взвеси смыть в канализацию, то есть восстановить осветлительную способность фильтра. Для этого закрывается задвижка на трубопроводе фильтрата воды 6 и открывается задвижка на канализационном трубопроводе 12. Фильтрация воды через песок прекращается, вода из корпуса фильтра сбрасывается в канализацию.

Одновременно включают рыхлитель 17, который движется от нижнего кармана 15 до верхнего кармана 16, взрыхляя грязевую пленку и верхний слой песка толщиной 10...15 см. Взвешенные при этом частицы загрязнений уносятся вместе со сбрасываемой водой в канализацию. После снижения уровня воды в корпусе фильтра до отметки расчетного горизонта смывного потока 13 открывают задвижку на трубопроводе 14. Сырая вода, поступающая теперь по трубам 7 и 14, увеличивает расход смывного потока, протекающего по поверхности песка из кармана 16 в карман 15 и далее в канализацию.

а

б

Рис.13.1. Общая схема безреагентного фильтра НИМИ

Скорость смывного потока должна обеспечить транспортирующую способность последнего, достаточную для выноса в канализацию только взвешенных рыхлителем частиц загрязнений. Зерна же песка остаются в фильтре.

Смыв загрязнений продолжается 15...20 минут. После регенерации, то есть после смыва загрязнений в канализацию, закрывают канализационную задвижку 12 и выключают из работы рыхлитель 17.

Корпус фильтра заполняется сырой водой по трубам 7 и 8 до отметки нормального горизонта фильтрации 9. После этого открывают задвижку на трубопроводе фильтрованной воды 6 и снова начинается фильтрование воды через песок.

До осветлительного созревания фильтра фильтрат сбрасывается в канализацию. После получения фильтрата мутностью не более 1...2 мг/л осветленная вода через регулятор скорости фильтрования направляется в резервуар чистой воды.

Грязеёмкость фильтра, то есть количество загрязнений, кг, задерживаемых им за один фильтроцикл на 1 м² рабочей поверхности песка, является наиболее общим и важным показателем работы фильтра. Пренебрегая ничтожной мутностью фильтрата, можно полагать, что за Т часов фильтрования со скоростью v, м/ч, и при средневзвешенной мутности осветляемой воды, равной М_ср, кг/м³, фильтр задерживает загрязнения, кг/м², в количестве.

Г = М·v·Т. (13.1)

Прирост потерь напора Н, см, за Т час по формуле В.А. Клячко равен

Н = ··v·Г, (13.2)

где  – показатель, характеризующий взаимосвязь между процессом формирования грязевой пленки и приростом потерь напора в ней.