3. Метод катионного обмена.

В основе метода лежит фильтрование через катионит Са.

Выбор метода обезжелезивания воды производится на основании результатов технологических исследований, произведенных непосредственно у источника.

Удаление марганца

1. Методы окисления

1.1Сущность метода состоит в переводе Mn²⁺ в Mn⁴⁺ при рН < 9,5.

Вода обрабатывается известью Са(ОН)₂ в присутствии кварцевого песка с нанесенной пленкой MnO₂.

1.2. Окисление на фильтрах с пленкой MnO₂, полученной путем обработки сульфоугля 1,2-3% раствором KMnO₄.

1.3. Деманганация воды через модифицированную загрузку

Фильтрование аэрированной воды через загрузку покрытую оксидами Mn приводит к измельчению частичек и проскоку Mn. Для устранения этих недостатков МГСУ предложил для закрепления загрузки подают или , песок обрабатывается раствором , при этом происходит взаимодействие , образуется следующий состав загрузки + MnO₂

Скорость фильтрования

Загрузка регенерируется 0,25 % раствором KMnO_4.

1.4. Окислительно-восстановительные методы с использованием хлора и его соединений, кислорода технического и использование щёлочных реагентов.

Основные стадии очистки:

- удаление H₂CO₃ под вакуумом (вакуумно-эжекционного аппарат) рН=8-8,5

- насыщение воды кислородом в эжекционной части аппарата и диспергирование

- фильтрование через зернистую загрузку

Условие проведения метода:

- присутствие

- pH 8,5 Е 0,4 В

Механизм процесса

При рН>6,7 возрастает «дзета» потенциал (отрицательный). В результате увеличения «дзета» потенциала положительно заряженные ионы и адсорбируются на поверхности гидроокиси железа. Очистку производят на поверхности песка, которая при рН=7 имеет малый отрицательный электрический заряд и обладает слабыми сорбционными свойствами по отношения к и . С ростом рН эти свойства возрастают, происходит сорбция и зёрнами песка.

Под действием кислорода, растворённого в воде, происходит окисление - сорбент для ; а также H₂CO₃ тоже сорбируются, ухудшая свойства сорбента.

Достоинство: удаляются сразу железо и марганец

2. Безреагентный метод .

Глубокая аэрация воды с последующим отстаиванием и фильтрованием на скорых фильтрах с сорбцией на свеже приготовленном .

3. Биохимический метод удаления Mn

Метод заключается в высеивании на зёрнах загрузки фильтра марганец-потребляющих бактерий и последующим фильтрованием обрабатываемой воды.

Бактерии в процессе жизнедеятельности поглощают Mn из воды, образуя на поверхности песка пористую массу, которая содержит большое количество MnO₂ - катализатор оксидации Mn.

, марганец удаляется полностью.

Установка биохимической деманганации

1 – подача воды

2 – реактор БХ окисления

3 – воздуходувка

4 – скорый фильтр

5 – вывод очищенной воды

Удаление из воды кремниевой кислоты

В подземных водах содержание иона кремниевой кислоты велико (1/2 общего анионного состава), в поверхностных водах мало.

В зависимости от t, рН и состава примесей воды кремниевая кислота может находиться в ионном или коллоидном состоянии.

Содержание Н₂ SiО₃ недопустимо:

1. в воде для котлов высокого и сверхвысокого давления

2. для химико – фармацевтической промышленности

3. при производстве капрона, текстиля (искусственных волокон)

4. при переработке цветных металлов.

Н₂ SiО₃ образует накипи с ионами Са, Mg, Na, Fe, NH₄, которые обладают низкой теплопроводностью – снижают коэффициент теплоотдачи при работе теплообменных аппаратов.

Для котлов питательная вода должна иметь концентрацию SiО₃ < 0,05 – 0,1 мг/л

Кремниевая кислота Н₂SiО₃ хорошо сорбируется на хлопья Мg(ОН)₂, Fe(ОН)₃; Аl(ОН)₃, вступает в обменную реакцию со средне- и сильноосновными анионитами при отсутствии в воде слабых кислот, особенно Н₂СО₃.

Сорбционное обескремнивание воды

1.Обескремнивание воды известью.

Обескремнивание воды известкованием основано на низкой растворимости силиката кальция. При наличии в исходной воде 10-12 мг/л Н₂SiО₃ остаточное содержание составит 6-8 мг/л. С избытком извести и повышении температуры глубина обескремнивания возрастает. Вода нагревается в каскадном подогревателе , насыщение известью происходит в сатураторе, где в осадок выпадают Mg(ОН)2, Са SiО₃, ионы SiО^2-_3, не вступившие в реакцию с Са ²⁺ сорбируются на поверхности Mg(ОН)₂.

Осветляют воду фильтрованием, избыток Са(ОН)₂ удаляют декарбонизацией в скрубберах продувают дымовыми газами. Образующийся при этом СаСО3 удаляют в осветителе. После этого вода поступает на антрацитовый фильтр и катионовый фильтр.

Углекислота удаляется из воды продувкой.

при t = 120 - 130 ⁰С эффективность очистки возрастает, Ск = 0,3 – 0,5 мг/л, время контакта снижается в 2 раза.( рис. 20.1 Кульский)

1.Обескремнивание воды солями магния

Mg ²⁺ + Са (ОН)₂ = Mg(ОН)₂ + Са ²⁺

Осаждение известью и сорбция ионов кремниевой кислоты на образовавшемся гидроксиде Mg.

Метод применяется при наличии в воде 10–12 мг/л Н₂SiО₃ , остаточная концентрация – 0,35 – 0,5 мг/л.

Магнезиальный метод основан на сорбции различных форм кремниевой кислоты оксидом магния и другими его соединениями.

Расход MgО составляет 5 – 7 мг/мг SiО2

MgО – дорогой реагент, используют обожженный доломит MgСО3+ СаСО3 и полуобоженный магнезит MgО+СаСО3 или карбонат магния MgСО3.

Время контакта реагента с водой 60 – 90 мин, t = 40 ⁰С;

Реагенты MgО (каустический магнези), доломитовая известь (MgО СаО).

Метод применяется тогда, когда должно быть попутное умягчение воды. Процесс идет при избытке СаО и повышенной температуре до 80 – 90⁰С.

Установка для обескремнивания воды состоит из:

1 – подогреватель воды

2 – напорный дозатор

3 – осветлитель с каскадным подогревателем (t = 105⁰С)

4 – фильтр с MgО или антрацитом

5 – насос для рециркуляции осадка

2. Обескремнивание воды солями железа

Соли железа, гидролизуясь в воде образуют Fe(ОН)3, на поверхности которого сорбируются Н₂ SiО₃ находящаяся в коллоидном состоянии.

Установка для обескремнивания солями FeSО₄ или FeСl ₃ состоит из вертикального смесителя, дозаторов реагента и Са(ОН)₂, осветителя, фильтра и насоса для рециркуляции осадка оптимального рН = 8,5 – 9,5, поддерживается СаО. Благодаря рециркуляции осадка значительно снижается расход коагулянта.

1 – смеситель с дозаторами СаО и кислота Fе SО4 или FеСl3

2 – Вихревая камера реакции

3 – Насос для циркуляции осадка

4 – Осветлитель

5 – Скорый фильтр

Дозы Fе₂ SО₄ или FеСl₃ 15 мг на 1 мг Н₂ SiО₃

рН = 7,8 – 8,3

3. Обескремнивание воды солями алюминия.

Метод основан на способности Аl(ОН)₃ сорбировать ионы SiО^2-₃ из раствора, в качестве реагентов применяют Аl₂(SО₄)₃ и NaAlО₂ – предпочтительнее, т.к Аl₂(SО₄)₃ снижает глубину обессоливания и насыщает воду сульфат-ионами SО₄, что затрудняет работу котлов.

Если одновременно ввести в воду NaAlО₂ + Mg ²⁺ при рН > 8,5 образуются хлопья Мg (AlО₂)₂ .

Схема обработки аналогична предыдущей.

Для снижения дозы коагулянта (Дк = 200 – 400 мг/л) применяют рециркуляцию осадка в осветлителе.

Недостатки:

1. Большой расход и высокая стоимость реагентов

2. Большое количество сухого остатка обескременной воды.

Фильтрационное обескремнивание воды через активированные загрузки.

Фильтрование воды через магнезиальные сорбенты, на поверхности которых образуется Mg SiО3, плохо растворяющийся в воде.

Подготовка сорбента

Смесь MgО + СаСО₃ + НСl = Н₂ СО₃ + СаСl₂ + MgСl₂

Сорбент имеет консистенцию теста, его выдерживают при t = 80 - 100 ⁰С, измельчают и просеивают (0,5 – 1,5 мм).

Фильтр загружают и пропускают воду V = 10 м/ч t = 40 - 50 ⁰С,

Ск = 0,1 – 0,3 мг/л, высота слоя = 3,4 – 4,0 м

Недостаток: невозможность регенерации сорбента.

Возможно использование бокситов в качестве загрузки или активированного оксида Аl, при этом Vф= 5 - 6 м/ч , Ск = 0,1 – 0,5 мг/л, высота слоя загрузки Н= 1,5 м

Фильтр регенерируется 0,1 % раствором щелочи (1 м³ Аl₂О₃ поглощает 10 – 12 кг SiО₂).

Преимущества: компактность установки, простота обслуживания.

Обескремнивание воды анионитами.

Метод обеспечивает снижение концентрации SiО^2-₃до 0,02мг/л

1 ступень – слабо-основный анионит для удаления СО₂

2 ступень – сильно-основный анионит

Использование слабоосновных анионитов при переводе слабой Н₂SiО₃ в сильную Н₂SiF₆

SiО₂ + 4 НF = SiF₄ + 2Н2О

SiF₄ + НF = Н₂SiF₆

2RОН + Н₂SiF₆= R₂ SiF₆ + 2Н₂О или

Н₂SiО₃ + 2NаF = Nа₂ SiF₆ + 3Н₂О

В этом случае можно использовать слабый анионит:

Н₂SiО₃ = 0,2 – 0,3 мг/л

Ск = 0,03 – 0,05 мг/л

Технологическая схема состоит:

1. Фильтрование воды через Н – катионитовые фильтры (Са, Mg,К)

2. Фильтрование через слабо аниониты (SiО₄, Сl, NО₃)

3. Дегазация (удаление СО₂)

4. Фильтрование через сильно основные аниониты

Электрохимическое декремнизирование воды.

Метод основан на электрокоагуляции, в качестве растворимого электрода используется алюминиевый электрод.

При электролизе Аl -анод растворяется с образованием Аl (ОН) ₃ , которая сорбирует ионы SiО^2-₃. При небольших объемах обрабатываемой воды метод может быть использован для глубокого обескремнивания.

Электролиз активно проходит при рН = 6,5 – 9; сила тока J = 1 – 2мА/см² в гидрокарбонатохлоридных средах с небольшим содержанием иона кремниевой кислоты.